Степень сжатия дизельного двигателя – что нужно знать? + Видео » АвтоНоватор

Знаете ли вы, как работает сердце вашего автомобиля – двигатель? Какие процессы происходят, когда вы давите на педаль газа или когда переключаете скорости? Не стоит открещиваться от этих знаний – чем лучше вы узнаете свой автомобиль, тем раньше почувствуете возможную неисправность. Одна из важных характеристик – степень сжатия двигателя.

Изучаем теорию – что происходит внутри камеры сгорания?

Степень сжатия в теории – это соотношение объема в пространстве над рабочим поршнем в момент, когда он проходит нижнюю мертвую точку,  к объему в камере над поршнем в момент прохождения верхней мертвой точки. Это определение выражает разницу давления в самой камере сгорания в момент, когда происходит впрыск топлива в цилиндр.

В повседневной жизни часто путают степень сжатия с другим понятием, а именно с компрессией дизельного двигателя, однако на практике это два разных термина. Компрессия – это наибольшее давление поршнем в цилиндре на момент его прохождения от нижней мертвой точки к верхней. Эту величину измеряют в атмосферах.

Степень сжатия измеряют математическим соотношением, к примеру, 19:1. Для дизельных двигателей наилучшим считается соотношение в рамках от 18 до 22 к 1. При такой степени сжатия сердце автомобиля будет работать наиболее эффективно. Использование топлива связано напрямую со степенью сжатия. Чем больше давление поднимается в камере и больше сжатие, тем экономичней будет расход топлива, при этом полученная мощность может увеличиваться.

Степень сжатия на практике – как это происходит?

Сгорание топливной смеси в двигателе происходит при взаимодействии смешанных паров топлива и воздуха. При возгорании смеси происходит ее расширение, в результате чего увеличивается давление в камере. Коленчатый вал при этом выполняет обороты, соответственно двигатель выполняет один такт полезной работы. В наше время уже практически не выпускаются дизельные двигатели с низкой степенью сжатия, так как в этом нет необходимости, также и низкооктановое топливо практически исчезло с рынка. Все стремятся к более экономичным и высокооборотистым двигателям с большей степенью сжатия.

Увеличения степени сжатия можно добиться за счет уменьшения камеры сгорания дизельного двигателя. Но при таких изменениях инженерам на заводах приходятся искать компромиссное решение, потому что нужно сохранить давление в камере, а также уменьшить объем сжигания топлива. Одним из способов увеличения сжатия является расточка блоков головки цилиндра – степень сжатия при этом увеличивается, а объем сгорания топлива в камере уменьшается. При этом цилиндр сохраняет свой рабочий объем, и объем двигателя не меняется.

Изменение степени сжатия – как улучшить показатели?

В наше время инженеры нашли альтернативный способ повысить давление в камере сгорания – это установка турбо-нагнетателя. Установка данного устройства приводит к увеличению давления в камере внутреннего сгорания, при этом объемы самой камеры изменять не нужно. Появление подобных устройств привело к существенному увеличению мощности, вплоть до 50 % от изначальных цифр. Достоинством нагнетателей является возможность их установки своими руками, хотя лучше всего поручить эту задачу специалистам.

Принцип работы нагнетателей всех типов сводится к одному простому действию, которое понятно даже детям. Мы знаем, что мотор автомобиля работает благодаря постоянному сгоранию топливно-воздушной смеси, поступающей в цилиндры двигателя. Производители устанавливают оптимальное соотношение поступающих в цилиндры топлива и воздуха – последний попадает в камеру сгорания благодаря созданию разреженной атмосферы на такте впуска. Нагнетатели же позволяют в тот же объем камеры сгорания подать на впуске больше горючего и воздуха. Соответственно, увеличивается количество энергии при сгорании, растет мощность агрегата.

Однако автолюбителям не стоит увлекаться чрезмерным увеличением исходных показателей своего «железного коня» – при возрастании количества тепловой энергии увеличивается и амортизация деталей двигателя.

Быстрее прогорают поршни, изнашиваются клапаны, выходит из строя система охлаждения. Причем если турбонаддув можно установить своими руками, то ликвидировать последствия этого эксперимента далеко не всегда возможно даже в хорошей автомастерской. В особо неудачных случаях модернизации авто его «сердце» может попросту взорваться. Вряд ли нужно объяснять, что страховая компания откажется выплачивать вам какие-либо компенсации по этому прецеденту, возложив всю ответственность исключительно на вас.

В дизельных двигателях отсутствует дроссельная заслонка, в результате этого появилась возможность лучше и эффективней наполнять цилиндры независимо от оборотов. На очень многих современных автомобилях устанавливают такое устройство, как интеркулер. Он позволяет увеличить массу наполнения в цилиндрах на 20 %, что и поднимает мощность двигателя.

Увеличенное давление степени сжатия дизельного двигателя не всегда носит положительный характер и не всегда поднимает его мощность. Рабочая степень сжатия может находиться уже возле своего предела детонации для данного типа топлива, и дальнейшие её увеличение способно снизить мощность и время работы двигателя. В современных автомобилях давление в камере сгорания постоянно находится под управлением и контролем электроники, которая быстро реагирует на изменения работы в двигателе. Прежде, чем выполнить какие-либо операции по увеличению параметров современного «железного коня», обязательно проконсультируйтесь со специалистами.

Мнение эксперта

Руслан Константинов

Эксперт по автомобильной тематике. Окончил ИжГТУ имени М.Т. Калашникова по специальности «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов». Опыт профессионального ремонта автомобилей более 10 лет.

Для большинства дизельных двигателей степень сжатия находится в пределе от 18/22 к 1. Подобные характеристики обеспечивают максимальный КПД силовой установки, а если степень сжатия будет увеличена хотя бы на один процент, мощность поднимается минимум на 2%. Кроме использования турбонаддува повысить эти показатели можно и другими способами.
• Система Common Rail.
Современная система, которая используется на большинстве современных автомобилей с дизельной силовой установкой. Принцип заключается в том, что топливная смесь подаётся в камеры сгорания всегда с одинаковым давлением независимо от количества оборотов двигателя и мощности. Если в обычной системе сжатие происходит во впускном коллекторе, то в common rail в момент впрыска топлива в камеру. Благодаря этой системе производительность возрастает на 30%, однако эта цифра может отличаться в зависимости от давления впрыска топлива.
• Чип-тюнинг.
Не менее востребованный способ повышения мощности это чип тюнинг. Принцип доработки заключается в изменении характеристик давления в топливной системе за счёт изменения параметров электронного блока управления двигателем. Чип повышает производительность и КПД мотора, а также отслеживает время подачи топлива в цилиндры. К тому же чип тюнинг позволяет снизить расход топлива и сделать эксплуатацию более экономичной.
Чтобы выполнить чип тюнинг самостоятельно, потребуется специальное оборудование, знания и опыт. Установка доработанного контроллера обязательно подразумевает тонкую настройку под конкретный двигатель, также предварительно необходимо провести диагностику. Поэтому для получения гарантированного результата лучше обратиться к профессионалам.

Оцените статью:

Поделитесь с друзьями!

Степень сжатия дизельного двигателя

В любом автомобиле двигатель является очень сложной системой, и дизельный не исключение. Они состоят из различных механизмов и сложных систем.
Когда происходит взаимодействие всех систем и механизмов, в двигателе образуется энергия, которая преобразуется во время сгорания смеси, образуемой из воздуха и топлива  и далее кривошипно-шатунный механизм преобразует поступательно-возвратное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.

Содержание:

1. Что такое степень сжатия дизельного двигателя
2. Принцип работы
3. Разница степени сжатия бензинового и дизельного двигателей

Что такое степень сжатия дизельного двигателя

Степенью сжатия является соотношение между полным объемом цилиндра, когда поршень располагается в нижней мертвой точке (НМТ) и объемом камеры сгорания во время достижения поршнем верхней мёртвой точки (ВМТ).

Такое соотношение показывает разницу в давлении, которое образуется в цилиндре мотора при попадании в него топлива. В документах, которые идут вместе с двигателем, такое соотношение указывается при помощи математических расчетов, например 18:1. Наилучшая степень сжатия в таком двигателе располагается в диапазоне от 18:1 до 22:1.

Принцип работы

В дизельных моторах в процессе сжатия, то есть когда происходит движение поршня к ВМТ, происходит очень быстрое сокращение объёма цилиндра. В итоге в камере сгорания располагается только воздушная масса, именно она сжимается, такой процесс носит название такт сжатия.
Когда к ВМТ подходит поршень, сжатие воздуха происходит на необходимую степень, происходит подача топлива в камеру сгорания под высоким давлением.

Топливо-воздушная смесь при образованном высоком давлении мгновенно воспламеняется и создает повышенное давление в камере, поршень в такой момент как раз проходит ВМТ. Одним из преимуществ дизеля является то, что смесь возгорается только от давления, нет необходимости в сложной и высокоточной системе зажигания. Но роз без шипов не бывает — обратной стороной повышенного давления является особое внимание к герметизации соединений и наличие топливного насоса высокого давления (ТНВД), штуки прецизионной и очень капризной. В процессе сгорания смеси образуется сильное давление, которое начинает давить на поршень и вести его к НМТ. При помощи шатуна все поршневые движения преобразуются во вращение коленчатого вала.

Процесс образования давления при возгорании смеси, которое заставляет передвигаться поршень к НМТ, носит название рабочий ход.
Степень сжатия играет особую роль в такте сжатия. Чем больше степень, тем быстрее и легче воспламеняется смесь, которая полностью сгорает и образует требуемое давление.

Если степень сжатия дизельного двигателя имеет высокий показатель, то она будет создавать высокую мощность при низком заборе топлива. Но у них степень сжатия способна варьироваться в оптимальном диапазоне, который нарушать не стоит, и это не просто так:

• Если образовалась степень сжатия ниже допустимого диапазона, то значительно понижается мощность показателя, а объем потребляемого топлива начнет расти;
• Если образовалась степень сжатия выше необходимого диапазона, то образуется сильная нагрузка на цилиндры и поршни, в результате они быстро изнашиваются.
• Если произошло сильное увеличение степени сжатия, поршень начинает прогорать, а шатун изгибаться.

Зафиксированы случаи, когда при сильном повышении сжатия происходил взрыв всей системы без возможности ее восстановления.

Разница степени сжатия бензинового и дизельного двигателей

Степень сжатия и количество расхода топлива считаются основными показателями в обоих видах двигателей. Так как между сжатием и мощностью существует прямая зависимость.

В двигателях на бензине показатель сжатия находится на отметке 12 единиц, а у дизельных моторов данное число варьируется от 13 до 25 единиц.
Показателем экономичности является удельный расход топлива. Его прямой функцией является определение объема сжигаемого топлива во время работы при мощности 1 кВт за один час.
Бензиновые двигатели за час сжигают около 305 граммов топлива, в то время как дизельные всего 200 граммов.
К тому же у бензиновых моторов существует один существенный недостаток, у них низкая тяга во время работы на холостых оборотах. Очень часто двигатель глохнет, если совершается попытка движения на низких оборотах. А вот у дизельных двигателей такого недостатка нет.

Степень сжатия в двигателе играет очень важную роль, и за этим показателем рекомендуется следить, чтобы мотор работал долгое время, а основные запчасти не изнашивались за короткое время. Вмешиваться в систему, которая создана производителем, нежелательно, но если такая необходимость возникла, то лучше предоставить это дело специалисту.

Читайте также:

Степень сжатия дизельного двигателя — что это такое?

В этой статье речь пойдет об процессах, происходящих внутри камер сгорания мотора. Наверное, большинство из Вас имеет хотя бы общее приставление о принципе работы двигателя, но дело в том, что данный элемент не является универсальным устройством и на сегодняшний день выделяют несколько его видов: бензиновый, дизельный, газовый, газодизельный, роторно-поршневый.

Еще до недавнего времени, наиболее распространенными были первых два варианта, но с ростом цен на соответствующие топливо, довольно большое количество автолюбителей, перевели свои автомобили на газовое потребление.

Однако, говорить о том, что газ полностью вытеснил бензин и дизельное топливо, конечно же не приходится, а значит информация касающееся работы таких моторов не будет лишней. Говоря конкретнее, речь пойдет о процессе сжатия, которое происходит внутри камеры сгорания конкретно дизельного двигателя. Начнем с теоретической стороны этого вопроса.

Изучаем теорию – что происходит внутри камеры сгорания

Дизельный двигатель внутреннего сгорания (дизель) являет собой поршневую систему, работающую благодаря воздействию сжатого воздуха на распыленное топливо, которое впоследствии самовоспламеняется. В качестве такого топлива используют довольно широкий вариативный ряд веществ: продукты нефтеперегонки (керосин, мазут), а также некоторые продукты имеющие природное происхождение, в том числе: фритюрный жир, пальмовое и рапсовое масла. В теории дизельный двигатель может работать даже на сырой нефти, но гарантировать полную успешность этого процесса сложно.

Давайте же посмотрим каким образом дизтопливо заставляет мотор работать. Весь процесс деятельности дизельного двигателя можно разделить на четыре взаимосвязанных этапа (четырехтактная система): этап впрыска (впуска), этап сжатия, этап расширения (его еще называют «рабочий ход»), этап выпуска отработанного газа. Повторение, раз за разом, такого цикла обеспечивает движение автомобиля. Но сегодня мы не будем детально разбирать каждый этап и сосредоточим свое внимание в основном лишь на процессе сжатия.

В теории, степень сжатия характеризуется соотношением объемов пространства над рабочим поршнем, в процессе прохождения им нижней и верхней мертвой точки. Иными словами, данное понятие выражает разницу давления в камеры сгорания, когда топливо впрыскивается в цилиндр, соответственно относится исключительно к поршневым двигателям, обладающими такой камерой. Степень сжатия чем то схоже с понятием «компрессии», некоторые их даже путают, хотя на деле они совершенно разные.

Компрессия характеризуется размеренностью давления и ее можно измерить в Атмосферах, Барах или Паскалях, чего нельзя сказать про степень сжатия, так как это величина относительная, представляющая собой соотношение объема полного цилиндра и объема камеры сгорания. Данный параметр не меняется на протяжении всего строка службы двигателя и чаще всего его указывают в технических характеристиках.

Практически измерить степень сжатия невозможно, но многие автолюбители прибегают для этого к математическим расчетам (например 10:1). Оптимальным соотношением для дизельных двигателей считается 18-22:1, при котором мотор способен работать наиболее эффективно. Со степенью сжатия напрямую связано качественное использование дизельного топлива, ведь чем выше поднимается давление в камере (повышается сжатие), тем меньше расходуется топливо, что совсем не означает снижение мощности, даже наоборот — она может увеличиваться.

Степень сжатия на практике – как это происходит

Как мы уже знаем, работа двигателя стает возможной благодаря воспламенению образующейся смеси паров топлива и воздуха. Такая горючая смесь расширяется, толкая поршень, который, в свою очередь, вращает каленной вал. Давление в камере при этом значительно возрастает и двигатель совершает один такт работы.

Если степень сжатия возрастает — увеличивается и сила давления на поршень, заставляя мотор совершать больше полезной работы. На дизельных двигателях, для большей эффективности использования высокой степени сжатия, не используют дроссельную заслонку.

Вместо этого, мощность мотора регулируется количеством топлива, которое впрыскивается в цилиндр. Это способствует сильному сжатию воздуха в цилиндре, даже при низкой мощности (например когда в камеру сгорания впрыскивается незначительное количество топлива), при чем выделяется достаточное количество тепла для воспламенения и очень обедненной смеси.

Однако, увеличив степень сжатия Вы не всегда сможете добиться увеличения мощности. В случае, когда статистическая степень сжатия находится близко к пределу детонации для конкретно используемого топлива, то продолжение возрастания сжатия способно ухудшить надежность и мощность двигателя.

Казалось бы, что происходящие процессы должны влиять на безопасность окружающих, так как получающаяся смесь обладает повышенной взрывоопасностью, но на практике практически ничто и никогда не взрывается, как же так? Все дело в том, что в камеру сгорания топливо впрыскивается после того как в ней сжимается чистый воздух, при чем общее количество топлива в топливно-воздушной смеси не меняется, а за счет большого количества воздуха оно сгорает со значительно высоким уровнем коэффициента полезного действия.

Сегодня производители практически сняли с производства дизельные двигатели, имеющие низкую степень сжатия, так как в условиях нынешней рыночной экономики все большее количество людей стремятся к накоплению денежных средств, а расход большего количества топлива никак этому не способствует. Их место заняли высокооборотные дизельные двигатели с возможностью большей степени сжатия. Также практически исчезло из рынка низкооктановое топливо, так как потребность в нем отпала вместе с ограничением выпуска моторов для которых оно было предназначено.

Изменение степени сжатия – как улучшить показатели

Понятно, что смесь, попадающая в камеру сгорания должна равномерно гореть сопровождая процесс движения поршня вниз и ни в коем случае не взрываться, ведь только при соблюдении подобного условия, можно говорить про максимально эффективный расход топлива и равномерное изнашивание деталей поршневой системы. Проблема состоит в скорости, с которой такая смесь сгорает, так как это происходит быстрее, чем поршень успевает пройти свой путь.

В этом кроется главная сложность увеличения степени сжатия, встающая на пути водителей, задавшихся этой целью. В такой ситуации, увеличение давления повлияет на самопроизвольное возгорание смеси (преждевременное воспламенение), когда поршень еще не успел полностью завершить начатую фазу сжатия. Энергия, при этом, образует ненужное сопротивление и попусту растрачивается.

Еще одной проблемой можно назвать выделение слишком большого количества энергии, что приводит к взрыву (детонации). О том, какие последствия может иметь это явление говорить, лишний раз, не приходится.

Как видите, увеличение степени сжатия не только сложный, но и опасный процесс, тем не менее находятся смельчаки, которые все же решаются на это. Делается это двумя основными способами:

Устанавливается более тонкая прокладка двигателя, но так как при этом клапана и поршни могут столкнуться, необходимо все тщательно рассчитать. Возможен, также, вариант установки новых поршней с большими углублениями для клапанов. Нужно учитывать и тот факт, что при применении данного способа, нужно будет заново настраивать фазы газораспределения, которые непременно изменятся.

Растачиваются цилиндры двигателя, при чем поршни нужно будет заменить. Такой метод не только повышает степень сжатия, но и увеличивает рабочий объем двигателя. Благодаря соотношению прежнего объема камеры (он не меняется) и увеличеного объема цилиндра в большую сторону меняется степень сжатия.

Повысив степень сжатия, Вы не всегда можете получить желаемую прибавку в мощности. Чем под большую степень сжатия двигатель настроен изначально, тем меньшей будет прибавка. Другими словами, повышение мощности Вашего автомобиля, с изначальным показателем сжатия 8 будет более эффективным, чем у Вашего соседа, обладающим двигателем с аналогичным показателем в 13.

Если самостоятельно страшно вносить какие либо изменения в работу двигателя, а увеличить общую мощность автомобиля все-таки хочется, на помощь Вам придет альтернативный вариант повышения давления в камере сгорания и называется он «турбо-нагнетатель». Установив на транспортное средство такое устройство, объем камеры сгорания не изменится, но мощность существенно увеличится (иногда на 50% от изначальных показателей).

Еще одним преимуществом данного изобретения является относительная легкость монтажа, не требующее вмешательства специалистов, а значит не придется совершать лишние растраты. Правда, многие автолюбители все же предпочитают обращаться в сервисные центры, что может самое верное решение.

Принцип работы всех нагнетателей базируется на подачи большего количества воздуха и горючего на впуске, при чем объем камеры сгорания не меняется. Благодаря этому, при сгорании увеличивается количество энергии и возрастает мощность двигателя.

Как бы не хотелось увеличить степень сжатия дизельного двигателя своего автомобиля, всем автолюбителям стоит учитывать и дополнительную нагрузку на детали, которая возрастает вместе с увеличением количества энергии тепла. В следствии этого быстрее изнашиваются клапаны, прогорают поршни и выходит из строя система охлаждения. Также, несмотря на то, что турбонадув можно установить самостоятельно, демонтировать его, даже профессионалы не всегда смогут Вам помочь, а в особо тяжелых случаях двигатель может просто взорваться, причем страховка тут уже не поможет.

Так что, стоит или не стоит вмешиваться в предусмотренную производителем конструкцию мотора — решать Вам, но всегда помните о возможных последствиях. Тем более, на многих, выпускаемых сегодня, автомобилях устанавливают интеркулеры, позволяющие увеличивать наполнение цилиндров до 20%, что также значительно повышает мощность.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как,
Facebook,
Вконтакте,
Instagram,
Pinterest,
Yandex Zen,
Twitter и
Telegram:
все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Какие бывают дизели

В последние годы растет интерес автомобилестроителей к дизельным двигателям. Сейчас почти все крупные фирмы оснащают ими часть своих легковых моделей. О грузовых машинах, автобусах, фургонах и говорить не приходится: на подавляющем большинстве западноевропейских, японских американских стоят дизели. Все значительнее их доля и в производстве наших грузовиков и автобусов. В ряде стран практически не встретишь такси с бензиновым двигателем, хотя автомобиль с дизелем дороже и тяжелее, более дымен и шумен, у него хуже скоростные и динамически качества.

Но все эти недостатки дизеля «искупаются» тем, что он потребляет меньше топлива, которое вдобавок часто стоит дешевле бензина. Так не идет ли дело к постепенному вытеснению бензинового мотора? Нет. При выборе типа двигателя решающее значение имеют условия эксплуатации, в первую очередь годовой пробег: чем он больше — тем быстрее покрывается разница в цене автомобилей с дизелем и бензиновым мотором. Так, в некоторых странах более высокие затраты на приобретение автомобиля с дизелем компенсируются уже за 20 тысяч километров: после этого эксплуатация дизельного автомобиля становится выгоднее. Отсюда и предпочтение дизелям для такси, грузовиков, автобусов, фургонов: все они имеют большие годовые пробеги.

Конечно, в разных странах величина «компенсирующего» пробега колеблется. Она зависит от разницы цен на дизельное топливо и бензин, а также от налоговой политики. Поэтому и доля легковых автомобилей с дизелями в разных странах неодинакова.

Предкамерный дизель. Объем предкамеры — 20-40% от общего объема камеры сгорания; степень сжатия — 20-21.

Чтобы разобраться, почему дизельный двигатель экономичнее бензинового, надо сравнить особенности их конструкции и рабочие процессы. Как известно, в двигателях обоих типов после такта сжатия сгорает смесь топлива с воздухом. В бензиновом эта смесь приготавливается в карбюраторе или во впускной трубе, куда топливо впрыскивается форсункой, и воспламеняется в камере сгорания от искры.

Таким образом, в цилиндр бензинового двигателя всасывается смесь топлива с воздухом. В дизеле всасывается чистый воздух, а в конце такта сжатия, когда температура сжатого воздуха становится достаточно высокой, в камеру сгорания впрыскивается топливо. Здесь оно должно успеть распылиться, смешаться с воздухом и воспламениться. На эти процессы в дизеле отведен очень короткий промежуток времени: он соответствует повороту коленчатого вала на 20-40° против почти 360° в бензиновом. При этом надо учесть, что вал вращается с частотой 4500-4800 об/мин: на таких оборотах работают современные дизели легковых автомобилей. Становится ясно, что их топливная аппаратура должна удовлетворять весьма высоким требованиям. Здесь мы подошли к самому сложному этапу создания дизельного двигателя — к организации его рабочего процесса.

Итак, за очень короткий отрезок времени топливо необходимо впрыснуть в камеру сгорания и смешать с воздухом, а для этого — тонко распылить. Если капли топлива будут слишком крупными, они не успеют сгореть за отводимое им для этого время. Несгоревшее топливо вылетит в выхлопную трубу в виде темного дыма, а также напомнит о себе повышенным расходом. Но недостаточно хорошо распылить топливо: его, как уже говорилось, нужно тщательно перемешать с воздухом, чтобы обеспечить полное сгорание. Для этого используют разные методы. В основном они сводятся к завихрению воздуха, в который и подают топливо. Организовать интенсивное движение воздуха в цилиндре оказывается не так просто. В современных двигателях для этого, например, камеру сгорания разделяют на несколько частей, обычно на две. Такие камеры называют двухполостными. При этом одна часть является основной, а другая — дополнительной. В последней и происходит интенсивное перемешивание топлива с воздухом и его воспламенение.

Вихрекамерный дизель. Объем вихревой камеры — 50-80% от общего объема камеры сгорания; степень сжатия — 20-23.

Дело в том, что при сжатии давление воздуха в основной камере сгорания нарастает быстрее, чем в дополнительной, поэтому воздух перетекает из основной в дополнительную камеру. В автомобильных двигателях в основном применяют два варианта дополнительных камер. В первом она представляет собой тело вращения. Воздух подается в нее вдоль оси вращения, а топливо впрыскивается навстречу воздуху. При этом происходит интенсивное перемешивание топлива с воздухом и воспламенение. Такие двигатели называют предкамерными (форкамерными). Камеры другого типа имеют форму сферы, куда воздух подводится по каналу (или каналам), направление которого касательно к сферической поверхности. При этом в дополнительной камере происходит интенсивное вращательное движение воздуха, а топливо впрыскивается (в большинстве случаев) перпендикулярно к направлению движения воздуха. При этом также происходит интенсивное перемешивание топлива с воздухом и воспламенение. Эти двигатели называют вихрекамерными. В результате воспламенения резко повышается давление в дополнительной камере, и горящие газы перетекают в основную, где и происходит их догорание и расширение, то есть рабочий ход. Как вихрекамерные так и предкамерные двигатели надежны в работе, обладают неплохой экономичностью и требуют сравнительно невысокого (120-150 кгс/см2/12-15 МПа) давления впрыска. Это очень важно: создаются условия для использования сравнительно простой топливной аппаратуры, в частности, одно дырчатых форсунок. Практически все выпускаемые в настоящее время дизели легковых автомобилей являются вихрекамерными или предкамерными.

Другой тип дизелей — с камерой сгорания, образованной полостью между днищем поршня и головкой цилиндра (при положении поршня в верхней мертвой точке). Такие камеры называют однополостными, поскольку они представляют собой единый объем, в который и впрыскивают топливо, и вот почему сами дизели именуют также двигателями с непосредственным впрыском топлива. Основной объем камеры сгорания здесь образует, как правило, выемка в днище поршня.

Дизель непосредственным впрыском топлива. Степень сжатия — 13-18.

У однополостных камер при одинаковом с двухполостными объеме меньше площадь поверхности, через которую тепло, образовавшееся в процессе сгорания, уходит в охлаждающую среду. У них не теряется энергия на перекачивание газа из одной полости в другую.

Благодаря этому дизели с непосредственным впрыском имеют более высокий КПД и, следовательно, лучшую (примерно на 15%) экономичность, чем вихрекамерные и предкамерные.

Для организации рабочего процесса с непосредственным впрыском необходимо решить уже известные нам задачи подать топливо в камеру сгорания достаточно тонко его распылить и хорошо перемешать с воздухом.

Качество распыливания и «дальнобойность» топливного факела обеспечивают более высоким, чем при разделенных камерах, давлением впрыска (200—1500 кгс/см2 /20—150 МПа), а для равномерного распределения топлива по объему форсунки делают с несколькими (пятью—семью) отверстиями. Аппаратура, рассчитанная на большее давление, несколько сложнее и дороже, чем для предкамерных и вихрекамерных дизелей.

Дизель с пленочным смесеобразованием. Степень сжатия — 13-18.

Но процесс, давно освоенный на двигателях среднего и большого литража (грузовиков, тракторов, судов), оказывается непросто осуществить на моторе со сравнительно малым объемом камеры сгорания и цилиндра. В однополостной камере одновременно воспламеняется больший объем смеси, чем в разделенной, быстрее нарастает давление газов, а значит, и нагрузки на детали шатунно-поршневой группы. Такую работу двигателя называют жесткой. Она сопровождается повышенным шумом. Из-за высоких нагрузок поршни, шатуны коленчатый вал приходится делать более массивными, поэтому двигатель получается тяжелее. Из-за этих недостатков он неприемлем для легкового автомобиля.

Разработаны такие однополостные камеры, где перемешивание топлива с воздухом и его воспламенение происходит не во всем объеме одновременно. Часть топлива направляется на стенку камеры и растягивается воздухом в тонкую пленку. По мере испарения оно подхватывается воздушными вихрями и последовательно вводится в очаг сгорания. Вначале воспламеняется небольшое количество топлива; благодаря этому давление нарастает постепенно и дизель работает мягче. Если на стенки направляется почти все впрыскиваемое топливо, смесеобразование называют пленочным, если часть его — объемно-пленочным.

Но для легковых автомобилей достигнутая таким путем экономичность еще недостаточна. Поэтому ищут новые способы организовать турбулентное движение воздуха в камере: устанавливают по два впускных клапана на цилиндр, создают новые типы форсунок и распылителей — специально для малолитражных дизелей. Вместо четырехцилиндровых двигателей предлагают трехцилиндровые: у них больше объем одного цилиндра (при равном суммарном) значит, легче организовать рабочий процесс Задача создания малолитражного двигателя с непосредственным впрыском, конечно, будет решена, но потребует немалых усилий.

Познакомившись с особенностями конструкции дизелей, вернемся к вопросу о том, почему они более экономичны, чем бензиновые двигатели. Тут несколько причин. Основные — различия в системах регулирования и величинах степени сжатия.

Сравнение топливной экономичности легковых автомобилей с различными двигателями: 1 — типичный бензиновый; 2 — бензиновый с улучшенным рабочим процессом; 3 — вихрекамерный дизель; 4 — дизель с непосредственным впрыском.

Регулирование работы дизеля (изменение его мощности) осуществляется увеличением или уменьшением подачи топлива в цилиндр. Работа бензинового двигателя регулируется прикрытием или открытием дроссельной заслонки карбюратора. 3десь необходимо напомнить, что сжатие воздуха в цилиндре дизеля или рабочей смеси в бензиновом двигателе начинается при давлении ниже атмосферного, то есть при некотором разрежении. Оно возникает в результате того, что во время всасывания впускной клапан и впускной тракт оказывают значительное сопротивление потоку смеси или воздуха. Поэтому когда поршень находится в нижней мертвой точке перед тактом сжатия в цилиндре — разрежение. В итоге фактическая степень сжатия всегда ниже геометрической (той, которая должна быть, если бы сопротивление впускного тракта равнялось нулю и сжатие начиналось с давления, равного атмосферному). У бензинового двигателя очень большое сопротивление создает дроссельная заслонка. Когда она прикрыта, то есть водителю не нужна полная мощность двигателя, разрежение в цилиндре достаточно велико, оно даже используется например, для работы усилителя тормозов. При этом действительная степень сжатия намного ниже геометрической, указанной в технической характеристике. А именно от степени сжатия прежде всего зависят мощность и экономичность двигателя. Вот на этих, так называемых частичных режимах и выигрывает дизель: у него нет дроссельной заслонки и фактическая степень сжатия меньше отличает от геометрической. Вдобавок у дизеля она выше по условиям сгорания — 18—23, тогда как у бензинового не превышает, как правило, 10. Чтобы получить практически такие высокие степени сжатия, необходимо изготовлять детали кривошипно-шатунного механизма, полости в поршне и головку блока дизеля с большой точностью, а это требует дополнительных производственных затрат, что сказывается на стоимости двигателя. На нее оказывает влияние и топливная аппаратура она сложнее, требует очень высокой точности изготовления и потому дорога.

Таким образом, дизельные двигатели более экономичны, но и более дороги, чем бензиновые. Существенно и то, что регулировка и ремонт дизельной аппаратуры (насосов, форсунок) требуют большой точности и трудовых затрат и возможны только в специально оборудованных мастерских и СТО. Целесообразность применения дизелей зависит от условий эксплуатации автомобилей, на которых они установлены. И выбор того или иного типа двигателя диктуется в основном экономическими расчетами.

Разумеется, мы смогли коснуться лишь основных проблем, связанных с этим выбором. Более подробно конструктивные особенности различных двигателей освещены в специальной литературе.

Ю. Пташкин, инженер. («За рулем», 1983, №11)

Литература

П. Белов, В. Бурячко, Е Акатов. Двигатели армейских машин. Ч. 1. М., Воениздат, 1971.

Двигатели внутреннего сгорания Теория поршневых и комбинированных двигателей. Под ред. А. Орлина, М. Круглова, 4-е изд. М., Машиностроение, 1983.

И. Ленин, К. Попык, О. Малашкин и др. Автомобильные и тракторные двигатели (теория, системы питания, конструкции и расчет). М., Высшая школа, 1969.

А. Орлин, В. Алексеев, Н. Костыгов и др. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. 2-е изд. М., Машиностроение, 1970.

Поделиться в FacebookДобавить в TwitterДобавить в Telegram

Устройство автомобиля: Разговор о дизеле

Почему дизельные двигатели экономичны? За счет чего у них такой большой крутящий момент и низкие максимальные обороты? Попробуем разобраться

История моторов с воспламенением от сжатия началась в конце XIX века. Именно тогда Рудольф Дизель загорелся идеей создания эффективного двигателя, коэффициент полезного действия которого смог бы превысить 10–12%, то есть показатель паровых машин. С конструкцией и принципом работы будущего мотора Дизель определился достаточно быстро – это двигатель внутреннего сгорания с воспламенением топлива от высокой температуры сжимаемого газа. Однако в процессе создания рабочего экземпляра возникли трудности: высокое давление и температура в камере сгорания мотора приводили к прогоранию поршней, поломкам газораспределительного механизма, а иногда и к взрывам. В итоге на доработку и придание агрегату достаточной надежности ушло несколько лет. Но в 1897 году цель наконец была достигнута, огромный 5-тонный двигатель развивал 20 л.с. при 173об/мин и обладал КПД в 26%. Даже перспективный двигатель Отто с принудительным зажиганием обеспечивал всего 20%!

Больше – меньше

Итак, отчего же дизельные моторы получились настолько экономичнее? Тому есть две фундаментальные причины.

Первая заключается в более высокой степени сжатия дизелей – от 13 до 25 против 12 у лучших бензиновых представителей. Эти цифры не стоит недооценивать, ведь от них зависит КПД мотора: чем они выше, тем в большей степени расширяются раскаленные отработавшие газы и, соответственно, тем полнее их тепловая энергия преобразуется в механическую. Если сравнить современные дизельные и бензиновые моторы, то первые способны усвоить 38–50% процентов теплоты, выделившейся при сгорании топлива, а вторые – лишь 25–38%.

Возникает вопрос: что мешает поднять степень сжатия бензиновых агрегатов? Мешает детонация, то есть самопроизвольное воспламенение топливно-воздушной смеси от сильного нагрева при излишне большом сжатии. При этом мало того что сгорание происходит не в тот момент, когда нужно, так оно еще и сопровождается чрезвычайно резким нарастанием давления в цилиндре, что приводит к стукам, перегреву и высокой токсичности выхлопа.

В дизеле же поднятие степени сжатия лишь увеличивает надежность воспламенения впрыскиваемого топлива: чем горячее будет воздух в цилиндре, тем быстрее оно испарится и начнется процесс сгорания. Но кроме степени сжатия есть и второе, не менее важное обстоятельство – низкое сопротивление впускной системы дизеля. Ведь в отличие от бензинового мотора ему не требуется «перекрывать кислород» дроссельной заслонкой, управление мощностью осуществляется простым дозированием впрыскиваемого горючего: нужна большая отдача – подаем больше топлива. А уж насколько избыточно количество воздуха в цилиндре, дело десятое, главное, чтобы его хватало для окисления.

С бензиновым мотором такой трюк не пройдет. Если воздуха окажется слишком много (то есть концентрация паров бензина в нем будет очень низкой), то от искры смесь просто не вспыхнет. Вот и приходится ставить на впуске заслонку, регулирующую расход воздуха и, опосредованно, количество подаваемого топлива. Поэтому при небольших нагрузках (например, в пробках), бензиновые автомобили тратят силы на всасывание воздуха сквозь чуть приоткрытую дроссельную заслонку, создавая огромное разряжение во впускном коллекторе. «Дыхание» же дизеля всегда свободно!

Мощность? Момент!

Часто можно слышать, как в оправдание небольшой мощности дизеля приводят впечатляющие цифры его крутящего момента. Цифры эти, конечно, свидетельствуют о совершенстве мотора, но отнюдь не означают, что крутящий момент на колесах бензинового автомобиля окажется меньше! Ведь дизельные двигатели низкооборотные, из-за чего приходится применять более растянутые передаточные отношения в узлах трансмиссии, что и ведет к снижению конечного крутящего момента. Сравним, например, Mercedes E280 и E280CDI. Мотор первого выдает 300Нм, второго – 440Нм, при этом автоматические коробки у них одинаковые, а редукторы разные, с передаточными отношениями 3,27 и 2,47 соответственно. В итоге на первой передаче на колеса бензиновой модели передается 4300 Нм, а дизельной – 4760. То есть вместо изначальной разницы в 1,5 раза остается превосходство всего в 1,1 раза.

Влияние этого фактора на общую экономичность оценить легко, достаточно сравнить расход бензиновых и дизельных моторов в различных режимах движения. Окажется, что наибольшее превосходство дизеля (почти двукратное) проявляется в городском цикле, когда на его стороне и высокая степень сжатия, и низкие потери во впускной системе. В загородном же режиме, на скорости, когда нагрузка на мотор больше, дроссельная заслонка открыта сильнее и бензиновому двигателю становится легче «дышать», у дизеля остается только один козырь – степень сжатия. В результате тает и его преимущество в расходе топлива.

Впрочем, в начале XX века все эти тонкости не особо волновали автопроизводителей. Нефть стоила дешево, и от двигателя требовалась простота конструкции и изготовления, а не экономичность. И дизели с их сложными механизмами подачи топлива пришлись не ко двору. Правда, благодаря большому ресурсу и неприхотливости к качеству горючего эти моторы все же нашли применение в сельской технике и грузовом транспорте. Пригодились они и военным – баки с соляркой не так пожароопасны, как плещущийся за спиной бензин. Первый же легковой автомобиль на тяжелом топливе – Mercedes-Benz 260D – появился лишь в 1936 году, а к 1970-му общее число выпущенных дизельных легковушек едва превысило 100 тыс.

В поисках выхода

Так бы и пылился дизель на задворках отрасли, если бы не подскочившие в 70-х годах цены на нефть. И тогда на пути массовой дизелизации осталась только одна преграда – низкая мощность таких моторов. А от этого, как известно, существуют два средства: расширение диапазона допустимых оборотов коленвала и увеличение крутящего момента.

Но первый вариант оказывается неэффективным, высокие обороты лишь углубляют и без того насущную для дизеля проблему нехватки времени на смесеобразование. Ведь чтобы топливо активно испарялось, оно должно впрыскиваться при температуре воздуха в цилиндре не менее 500 °C, то есть почти в конце такта сжатия. При 5000 об/мин это означает, что на испарение распыленных частиц топлива и дальнейшую химическую подготовку к воспламенению отводится не более одной тысячной секунды!

Не терпит суеты и процесс сгорания. За резким первоначальным всплеском следует растянутый период догорания, продолжающийся уже на такте расширения. А торопить мотор в таких условиях – это в буквальном смысле слова выбрасывать горючее в трубу.

Поэтому сделать дизель мощнее можно лишь за счет увеличения крутящего момента. А для этого нужно развить как можно большее давление в цилиндрах, то есть сжечь больше топлива. Но опять незадача, приготовленная наспех горючая смесь дизеля отличается значительной неравномерностью распределения топлива по объему. Поэтому во время сгорания в смеси может возникать локальная нехватка воздуха, из-за чего часть топлива не сгорает, а разлагается под воздействием высокой температуры.

Вам приходилось видеть, как дизельные автомобили дымят под нагрузкой? Та сажа, что они выбрасывают, и есть продукт крекинга, то есть разложения несгоревшего топлива. Но это лишь визуальный эффект, а есть еще и сугубо практический в виде снижения мощности, увеличения расхода топлива и вредных выбросов.

Как с этим бороться? Можно так плотно заполнять цилиндры воздухом, чтобы его гарантированно хватало для сгорания даже в зонах максимальной концентрации топлива. Однако процесс распыления горючего оказался столь несовершенен, что возросшие требования к объему воздуха не смог удовлетворить и наддув с интеркулером, в результате чего турбодизели проигрывали в крутящем моменте даже атмосферным бензиновым моторам!

Так что задача увеличения мощности дизеля естественно свелась к процессу оптимизации смесеобразования, в котором решающее значение имеет давление впрыска. Разумеется, поначалу топливные насосы не могли им похвастать, приходилось прибегать к различным ухищрениям, улучшающим распыление горючего. Например, воспользоваться завихрением сжимаемого воздуха, как было сделано в вихрекамерных дизелях. Или поделить камеру сгорания на две части и использовать для смесеобразования энергию газа, перетекающего из одной половины камеры в другую вследствие предварительного сгорания части топлива.

Все эти решения позволяли немного снизить требования к давлению впрыска, но отличались увеличенными тепловыми и гидравлическими потерями вследствие сложной и большой поверхности камеры сгорания. Это, конечно, вело и к ухудшению топливной экономичности моторов. И лишь в начале 90-х годов появились системы, позволившие поднять давление до 1500 бар, что положило конец массовому производству вихрекамерных и предкамерных дизелей, заменив их более экономичными моторами с непосредственным впрыском.

С этого момента и началась увлекательная погоня дизеля за бензиновым конкурентом. Системы питания Сommon Rail, рекордно высокие давления впрыска, сверхбыстрые пьезоэлектрические форсунки, распыляющие топливо до пяти раз за такт. Благодаря всем этим изобретениям ныне дизельные двигатели уже конкурируют с турбированными бензиновыми моторами. Впечатляющий прогресс! 

Автор

Олег Карелов, эксперт по подбору автомобилей AutoTechnic.su

Издание

Автопанорама №9 2015

Какая компрессия должна быть в дизельном двигателе

В списке технических характеристик любого двигателя внутреннего сгорания зачастую указывается не компрессия в цилиндрах ДВС, а степень сжатия. Степень сжатия является конструктивным параметром, выражающим постоянное отношение объема цилиндра к объе­му камеры сгорания конкретного ДВС. Другими словами, степень сжатия указывает на то, во сколько раз объем рабочей топливно-воздушной смеси уменьшается (сжимается) в цилиндре во время перемещения поршня из НМТ в ВМТ.

Компрессия и степень сжатия дизельного или бензинового двигателя являются разными понятиями. Компрессия двигателя представляет собой величину, под которой следует понимать создаваемое давление в цилиндрах силового агрегата в самом конце такта сжатия смеси. Указанное давление измеряют в атмосферах, давлении в килограммах на квадратный сантиметр (кг/см2), МПа, используют единицу измерения бар и т.д.

Уверенный запуск дизельного двигателя возможен тогда, когда показатель ком­прессии в цилиндрах мотора данного типа составляет минимальные 22 кг/см2 и более.

Падение компрессии в цилиндрах дизеля ниже отметки в 20 кг/см2, приводит к тому, что двигатель самостоятельно и без дополнительных вмешательств уже не заводится. Под таким дополнительным вмешательством без разборки двигателя наиболее часто стоит понимать прямую заливку в цилиндры моторного или трансмиссионного масла. В ряде случаев этот способ помогает единоразово завести мотор с низкой компрессией. Повторный запуск неисправного ДВС после простоя будет невозможен.

Среди главных признаков сниженной компрессии отмечены:

Простейшим способом диагностики уровня компрессии является выкручивание свечей накала, после чего можно пальцем перекрыть свечное отверстие. Если компрессия находится на отметке около 20 кг/см2 и выше, тогда человек попросту не удержит палец. Более основательная проверка компрессии дизельного двигателя осуществляется путем выкручивания свечей накала, установки в освободившееся отверстие и замерами при помощи компрессометра.

Содержание статьи

Почему снижается компрессия

Резкое и неожиданное падение компрессии без видимых причин может возникнуть после ремонта ДВС, после многочисленных попыток запустить агрегат, а также в результате недостаточной частоты вращения коленвала стартером. В первых двух случаях масляная пленка на стенках цилиндров может отсутствовать, в результате чего компрессия недостаточна для запуска. Частота вращения зависит от состояния АКБ, стартера и других элементов, а также от вязкости моторного масла. Обильное попадание топлива или ОЖ в картер двигателя может привести к разжижению масла, что также приведет к потере компрессии.

Компрессия может снизиться в результате неисправностей ГРМ (прогар клапана, разрушение стержня клапана или повреждение направляющей втулки, проблемы с гидрокомпенсаторами и т.д.) Падение компрессии дизельного двигателя также может быть вызвано трещинами в ГБЦ или деформацией прилегающей поверхности головки блока цилиндров к блоку цилиндров, разрушением прокладки ГБЦ, износом зеркала цилиндров, неисправностями компрессионных колец, прогаром и/или разрушением поршня. На показатель компрессии двигателя также влияет степень закоксовки двигателя (отложения на днище поршня, залегание поршневых колец в результате обильного нагара и т.п.)

Как завести дизель с низкой компрессией

Запуск дизеля, в котором упала компрессия, можно реализовать путем искусственного создания масляной пленки на стенках цилиндров. Для этого необходимо выкрутить калильные свечи, после чего потребуется залить 20-25 «кубиков» моторного масла через свечные отверстия.

Также масло можно заливать и через форсуночные отверстия, но демонтаж дизельных форсунок сложнее, требует больше навыков и времени. По окончании заливки масла во все цилиндры мотор нужно провернуть в ручном режиме. Достаточно сделать пару оборотов, за которые на стенках цилиндров образуется равномерная масляная пленка. После этого мотор с выкрученными свечами накала необходимо снова провернуть на два или три оборота, но уже стартером.

Данная операция позволит удалить излишки масла из цилиндров агрегата и избежать так называемого гидроклина, который может возникнуть после закручивания свечей. Наиболее частой причиной потери компрессии выступает неисправность поршневых колец.  Самостоятельная заливка масла позволяет существенно поднять компрессию в момент первого запуска до оптимальных параметров, что и приводит к уверенному пуску мотора. 

Читайте также

Какие признаки плохой (низкой) компрессии двигателя?

Компрессия в цилиндрах один из важнейших параметров по которому можно судить о «здравии» двигателя. Что же такое компрессия и почему она так важна? Компрессия — это давление, которое возникает в цилиндре двигателя в конце такта сжатия, когда поршень находится в верхней мертвой точке. Компрессию не стоит путать со степенью сжатия двигателя. Компрессия двигателя определяется по формуле: компрессия = степень сжатия × К, где К — поправочный коэффициент для бензиновых двигателей 1,2-1,3 / для дизелей 1,7-2. Как правило, инженеры проектируют бензиновые двигатели с компрессией 12-14 бар, в дизельных двигателях нормальная компрессия 20-25 бар, в старых дизелях показатель компрессии равняется 28-32 бар. Современный дизельный двигатель, оснащенный системой «Common Rail», запустить практически невозможно, если его компрессия ниже 16 бар.

Но из любого правила есть исключение, инженеры автоконцернов не сидят сложа руки. Сейчас Mazda серийно выпускает бензиновый двигатель SkyActiv с компрессией 16 бар, а Nissan — двигатели с изменяемой степенью сжатия VC — Turbo.

От величины компрессии в цилиндрах напрямую зависит КПД и мощность двигателя, при сниженной компрессии увеличивается расход топлива и давление картерных газов, а динамические характеристики существенно снижаются. Снижение компрессии от нормы на 15 % в классических двигателях, является критическим и необходимо принимать меры по восстановлению нормальной компрессии. Стоит отметить, что компрессия в цилиндрах двигателя снижается неравномерно, поэтому можно наблюдать такое явление как разброс компрессии по цилиндрам, в исправном моторе разница компрессии между цилиндрами не должна превышать 10%. Замер компрессии выполняется при помощи специального прибора компрессометра.

Причины низкой (неравномерной) компрессии двигателя

1. Закоксовывание, залегание поршневых колец.

Нагар и отложения образовываются в любом двигателе, а тяжелые условия эксплуатации, некачественные горюче-смазочные материалы только усугубляют ситуацию. Залегшие поршневые кольца не только снижают компрессию в цилиндрах, но и приводят к ускоренному износу ЦПГ. Регулярная промывка маслосистемы двигателя, при каждой замене моторного масла, позволит избежать закоксовки поршневых колец. Подробнее о том, как и чем выполнять промывку маслосистемы, читайте здесь.

А что делать, если кольца уже залегли? Для таких случаев в арсенале компании ХАДО присутствуют продукты: «Verylube Раскоксовка», «Verylube Антикокс». Эти высокоэффективные средства позволяют быстро устранить залегание поршневых колец, и при этом нет необходимости разбирать двигатель. Для выполнения раскоксовки двигателя не нужны специальное оборудование и навыки, ее может выполнить любой автовладелец в собственном гараже. Состав вносится непосредственно в цилиндры двигателя через отверстия для установки свечей зажигания (топливных форсунок или свечей накаливания в дизельных двигателях).

2. Износ или повреждения рабочей поверхности цилиндров и компрессионных поршневых колец.

Износ элементов ЦПГ приводит к увеличению зазоров между поршневыми кольцами и стенками цилиндров. Поршень не может создать в цилиндре рабочее давление, часть сжимаемого воздуха попадает в картер двигателя, тем самым повышая давление картерных газов. Так как степень износа каждого цилиндра индивидуальна, то может наблюдаться разброс компрессии по цилиндрам, а это приводит к дисбалансу в работе двигателя. Коленчатый вал такого двигателя изнашивается значительно быстрее, из-за неравномерности нагрузок которые он воспринимает, плюс существенно возрастает вибрации автомобиля. Такой, казалось бы, серьёзный диагноз не повод проводить капитальный ремонт двигателя. Использование ХADO технологии позволяет сэкономить Ваши время и деньги, нет необходимости выполнять разборку силового агрегата и выводить его из эксплуатации. Применение гелей-ревитализантов позволяет не только компенсировать накопленный износ, но и защитить детали двигателя от износа.

При наличии царапин и задиров на стенках цилиндров глубиной до 0,07 мм рекомендуем использовать «Revitalizant EX120 для цилиндров». Продукт универсален, предназначен для бензиновых и дизельных двигателей, наносится через отверстия свечей зажигания/накала или отверстия для форсунок непосредственно на стенки цилиндров двигателя.

При значительном износе цилиндров, дополнительно после обработки цилиндров «Гелем-ревитализантом для цилиндров», и после плановой замены моторного масла рекомендуем провести полную обработку масляной системы двигателя гелем-ревитализантом XADO:

3. Неправильная регулировка клапанов, износ или повреждение гидрокомпенсаторов.

Негерметичность клапанов приводит к снижению компрессии в цилиндре. Наличие отложений на клапанах приводит к их неплотному прилеганию к седлу, клапаны перегреваются и со временем могут прогореть, в этом случае ни о какой компрессии говорить уже не приходиться. Данная проблема может проявляться в отдельно взятом цилиндре, что приводит к разбросу компрессии по цилиндрам. Для предотвращения образования нагара на клапанах необходимо использовать качественное топливо и масло, а также регулярно выполнять промывку топливной и масляной системы. Для промывки топливной системы рекомендуем использовать:

В случае критического загрязнения клапанов применение очистителей может иметь незначительный эффект, тогда вам необходимо обратиться на СТО, где будет выполнена очистка клапанов механическим способом.

Неправильная настройка фаз газораспределительного механизма приводит к нарушению синхронности работы механизмов ЦПГ и ГРМ, клапаны закрываются несвоевременно, компрессия падает. Эта проблема сказывается на компрессии во всех цилиндрах одинаково. Для решения этой проблемы необходимо выполнить регулировку газораспределительного механизма.

4. Повреждение элементов ЦПГ и ГРМ

При прогорании прокладки ГБЦ, сквозной трещины в ГБЦ, короблении ГБЦ, сквозном прогорании или частичном разрушении поршня, необходимо провести ремонт с заменой разрушенных или деформированных деталей.

При износе направляющих втулок клапанов, деформации стержня клапана рекомендуется произвести ремонт ГБЦ, заменить и расточить втулки клапанов, заменить поврежденные клапаны.

Нередко встречаются случаи, когда результаты замера компрессии оказываются выше, чем паспортные данные и этот факт доставляет автовладельцу подлинную радость. Но на самом деле, радоваться нечему! Повышенная компрессия может нанести автомобилю не меньший вред, чем сниженная. Стоит помнить, что компрессия в двигателе не может быть выше паспортных данных, вне зависимости какие средства автохимии вы применяли, повысить компрессию в двигателе возможно только при помощи тюнинга двигателя. Высокая компрессия приводит к возникновению детонации в цилиндрах и снижает ресурс поршней и поршневых колец.

Компрессия в цилиндрах возрастает по причине сокращения объема камеры сгорания из-за значительного количества скопившихся в ней отложений. Еще одной причиной завышенного значения компрессии может быть, наличие в цилиндрах моторного масла, которое уплотняет зазоры в ЦПГ. Масло попадает в цилиндры, через изношенные маслосъёмные колпачки клапанов. Чтобы восстановить нормальную компрессию в двигателе необходимо выполнить очистку камеры сгорания от отложений, посредством применения промывок или выполнить ее очистку механическим путем. Если же причина повышения компрессии в изношенных маслосъёмных колпачках, то их необходимо заменить.

Нульмерное моделирование четырехцилиндрового дизельного двигателя с турбонаддувом с переменной степенью сжатия и его влияние на выбросы

Результаты моделирования в установившемся режиме

Результаты в установившемся режиме показаны ниже. Карта показывает разницу между данными моделирования и данных измерений (измерение-имитация), где зеленый цвет доминирует над моделью для точной работы:

$$ {\ text {z-axis}} = {\ text {Measurement}} \ ; {\ text {Result}} — {\ text {Simulation}} \; {\ text {Result}} $$

Как видно на рис.7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 и 18, разница между результатами, полученными при моделировании модели в стационарном состоянии, и данными измерений незначительна для большинства регионов. карты. Это указывает на то, что охарактеризованная числовая модель работает очень похоже на реальный двигатель.

Рис.7

Разница тормозного момента

Рис.8

Разница в массовом расходе всасываемого воздуха

Рис.9

Разница в выбросе NOx из двигателя

Рис.10

Разница в среднем эффективном давлении тормозов

Рис.11

Разница в удельном расходе топлива на тормоз

Рис.12

Разница во впускном давлении

Рис.13

Разница в давлении наддува

Рис.14

Разница давлений во впускном коллекторе

Рис.15

Разница давлений на выходе из двигателя

Рис.16

Разница в температуре наддува

Рис.17

Разница температур на впускном коллекторе

Рис.18

Разница температур в выпускном коллекторе двигателя

Исследование VCR Simulation было проведено после проверки правильности работы числовой модели двигателя без обратной связи.

Результаты численной модели с видеомагнитофоном

Стратегия реализации видеомагнитофона в числовой модели

Все карты двигателя даны с точки зрения оборотов по оси x, крутящего момента по оси y и процентного изменения по оси z. Основная стратегия, примененная к модели, заключалась в том, чтобы поддерживать постоянный крутящий момент и частоту вращения в соответствии с рабочей картой CR16.5. При разных степенях сжатия ожидалось, что крутящий момент будет увеличиваться или уменьшаться для одного и того же количества топлива, поэтому может произойти сдвиг всей карты, что может усложнить и затруднить сравнение графиков. Таким образом, такой же заданный крутящий момент был достигнут путем подключения ПИД-регулятора для управления количеством топлива.

Для разных степеней сжатия, когда количество топлива изменяется для достижения тех же рабочих условий, массовый расход всасываемого воздуха также изменяется, в то время как положение клапана рециркуляции отработавших газов остается неизменным, что приводит к изменению отношения впускного воздуха к рециркуляции отработавших газов для конкретной уставки .Для более точного изучения изменений NOx процент массового расхода EGR в каждой точке регистрации сохранялся таким же, как и исходные данные CR16.5, по следующей формуле:

$$ MF_ {EGR} = \ frac {{MF_ {EGR}}} {{MF_ {IA} + MF_ {EGR}}} \ times 100 \% $$

(4)

График процента EGR в общем массовом расходе CR16.5 показан на рис. 19.

Рис. 19

Массовый расход EGR в процентах по сравнению с общим массовым расходом

Результаты рассчитываются как процент увеличения или уменьшения по сравнению с CR16.5:

$$ Result = \ frac {Новый CR — CR16.5} {CR16.5} $$

(5)

Массовый расход топлива

Как объяснялось ранее, крутящий момент поддерживался постоянным при каждой уставке за счет изменения количества топлива с помощью ПИД-регулятора.

По мере увеличения степени сжатия крутящий момент, создаваемый для того же количества топлива, также увеличивался, таким образом, PID уменьшал крутящий момент до исходной точки за счет уменьшения количества топлива.

Обратное можно увидеть, когда степень сжатия была уменьшена из-за того, что для получения того же заданного крутящего момента требовалось больше топлива.На рисунке 20 показано уменьшение количества топлива при увеличении степени сжатия и увеличение количества топлива при уменьшении степени сжатия.

Рис.20

Массовый расход топлива по сравнению с CR16.5

Удельный расход топлива тормозом

Цифры, показанные на рис. 21, показывают процентное изменение значений удельного расхода топлива тормозом при различных степенях сжатия по сравнению со степенью сжатия 16,5. Можно ясно видеть, что BSFC увеличивается при уменьшении степени сжатия и уменьшается при увеличении степени сжатия.

Рис.21

Удельный расход топлива тормоза по сравнению с CR16.5

Эффект этого изменения проявляется в большей степени в условиях низкой нагрузки и низких оборотов, и эта тенденция уменьшается в условиях высоких нагрузок и высоких оборотов.

Массовый расход всасываемого воздуха

Как показано на рис. 20, уменьшение степени сжатия приводит к увеличению массового расхода топлива для достижения того же заданного крутящего момента. Поскольку массовый расход топлива увеличивается, это также увеличивает массовый расход всасываемого воздуха, как показано на рис.22, когда степень сжатия уменьшается. Обратное явление наблюдается при увеличении степени сжатия.

Рис.22

Массовый расход всасываемого воздуха по сравнению с CR16.5

Тепловой КПД

Цифры, показанные на рис. 23, показывают процентное изменение значений теплового КПД при различных степенях сжатия по сравнению со степенью сжатия 16,5. Тепловой КПД:

$$ \ eta_ {t} = \ frac {{W_ {c}}} {{m_ {f} Q_ {HV}}} = \ frac {{P_ {s}}} {{\ mu_ {f} Q_ {HV}}} $$

(6)

, где W _c — работа за цикл, P _s — выходная мощность, m _f — масса топлива за цикл, QHV — теплотворная способность топлива и µ _f — массовый расход топлива.

Рис.23

Тепловой КПД по сравнению с CR16,5

Q _HV для дизельного топлива составляет 43,5 МДж / кг, поэтому уравнение (6) можно записать как:

$$ \ eta_ {t} = \ frac {1} {{Sfc \ cdot Q_ {HV}}} = \ frac {3600} {{Sfc \, ({\ text { g}} / {\ text {кВт}} \, {\ text {h}}) Q_ {HV} \, ({\ text {MJ}} / {\ text {kg}})}} = \ frac { 82.76} {Sfc} $$

(7)

Сопоставление обратной пропорциональности формулы, показанной выше, и тенденции, показанной в значениях BSFC на рис.23 ясно видно, что термический КПД увеличивается с увеличением степени сжатия и уменьшается с уменьшением степени сжатия.

Это изменение более заметно в условиях низкой нагрузки и низких оборотов и становится менее заметным в условиях высоких нагрузок и высоких оборотов.

NOx

На рисунке 24 показано, что с увеличением степени сжатия происходит уменьшение NOx и наоборот.

Рис. 24

NOx на выходе из двигателя по сравнению с CR16.5

Это явление основано на том факте, что более высокая степень сжатия означает более полное сгорание, и в сочетании с наблюдением на рис. 20 требуется меньше топлива для достижения того же крутящего момента, что означает меньшее количество тепловой энергии, что в конечном итоге приведет к при более низкой температуре; снижение производства NOx.

Эффект более заметен при низкой нагрузке и низких оборотах, в то время как некоторые из его заметных проявлений также проявляются при высоких значениях крутящего момента и низких оборотах.

Механический КПД

На рисунке 25 показано, что с увеличением степени сжатия происходит небольшое снижение механического КПД двигателя.Обратное наблюдается при уменьшении степени сжатия. Хотя процентное изменение очень мало, ME уменьшается, потому что по мере увеличения CR потери на трение механических компонентов вместе с некоторыми насосными потерями также увеличиваются (особенно в областях с низким крутящим моментом). В конечном итоге это немного влияет на общий механический КПД двигателя.

Рис.25

Механический КПД по сравнению с CR16,5

Co

₂

Из рис.26, количество произведенного CO ₂ обратно пропорционально степени сжатия. Влияние этого изменения степени сжатия на выбросы в значительной степени происходит при низких значениях крутящего момента и низких оборотах. Это связано с тем, что при низком крутящем моменте и низких оборотах воздушно-топливная смесь (небольшое количество по сравнению с высоким крутящим моментом и высокими оборотами) в цилиндре не сжимается однородно и сгорает в цилиндре, что приводит к плохому сгоранию.

Рис. 26

Объем двигателя CO ₂ по сравнению с CR16.5

Сажа

На рис. 27 показано влияние степени сжатия на процентное изменение сажи. С увеличением степени сжатия сажа увеличивалась с очень резкой скоростью по всей карте, за исключением условий работы с низким крутящим моментом и низкой частотой вращения (где наблюдалось ее уменьшение). Это связано с тем, что в условиях высокого крутящего момента и высоких оборотов количество воздуха, необходимого для более полного сгорания, было меньше количества, потребляемого двигателем. Таким образом, нагнетатель может быть подходящим решением для увеличения количества воздуха в цилиндре в условиях эксплуатации с высокой нагрузкой для уменьшения образования сажи.

Рис.27

Сажа на выходе из двигателя по сравнению с CR16.5

Температура на выходе из двигателя

Температура выхлопных газов цилиндра прямо пропорциональна количеству сгорания. Сгорание, в свою очередь, напрямую связано с количеством впрыскиваемого топлива; больше топлива будет означать большее сгорание, что приведет к большему выделению тепловой энергии. Следовательно, как показано на рис. 20, увеличение степени сжатия снижает расход топлива для достижения того же крутящего момента, таким образом, это приводит к снижению температуры выхлопных газов, как показано на рис.28.

Рис. 28

Температура на выходе из двигателя по сравнению с CR16.5

Давление на выходе из двигателя

На ранней стадии проектирования двигателя всегда учитывается и изучается разность давлений между впускным и выпускным коллекторами двигателя, чтобы убедиться, что она остается в пределах допустимого порогового значения.

Большая разница может привести к неисправности различных компонентов двигателя. Например, если разница слишком велика, небольшое открытие клапана рециркуляции ОГ может привести к тому, что мимо него пройдет массивный поток воздуха, что в конечном итоге может привести к неисправности управления воздушным потоком.

На рис. 29 показано, что увеличение степени сжатия снижает давление выхлопных газов из-за того, что при увеличении степени сжатия сжигается меньше топлива для достижения тех же рабочих условий на всей карте.

Рис.29

Давление на выходе из двигателя по сравнению с CR16.5

Сводка результатов по зонам

Карта двигателя была разделена на три зоны (как показано на рис. 30):

Рис. 30

• Зона 1 — зона низких нагрузок от низких до нормальных рабочих значений частоты вращения;

• Зона 2, охватывающая зону средней нагрузки от нормальных до высоких значений рабочих оборотов;

• Зона 3 — зона высоких нагрузок (включая номинальную мощность) с очень высокими значениями частоты вращения

Как видно из рис.31, тепловой КПД в областях с высокой нагрузкой в ​​Зоне 2 и Зоне 3 составляет примерно 40%.

Рис.31

Тепловой КПД при CR16,5

Высокая степень сжатия в этих зонах увеличивает ее только на 0,71% и 0,30% для CR18 и на 1,57% и 0,40% для CR20. Таким образом, это изменение не так сильно, как можно наблюдать в условиях низкой нагрузки, когда нормальный тепловой КПД составлял около 25% и увеличивался на 9,70% при CR20.

Сводку процентных изменений значений в трех различных зонах можно увидеть на рис.32, 33 и 34.

Рис. 32

Среднее процентное изменение в зоне 1 по сравнению с CR16,5

Рис.33

Среднее процентное изменение в зоне 2 по сравнению с CR16,5

Рис. 34

Среднее процентное изменение в Зоне 3 по сравнению с CR16,5

BSFC уменьшается на 8,14%, 1,54% и 0,37% в зоне 1, 2 и 3 соответственно при степени сжатия 20. Наблюдая за изменениями выбросов при той же уставке, можно увидеть, что NOx уменьшается на 8,33%, CO ₂ на 8.50%, а количество сажи увеличивается на 6,91%. Это ясно указывает на то, что более высокая степень сжатия должна быть предпочтительнее в Зоне 1.

Наблюдение за значениями сажи и BSFC с CR20 в Зоне 2 и 3 ясно указывает на то, что это нежелательно в качестве хорошего компромисса. Значения сажи ясно указывают на то, что низкая степень сжатия предпочтительна для зоны 2 и 3. Для плавного перехода между зоной 1 и 2 степень сжатия ниже 18 для зоны 2 может привести к внезапному рывку, производимому двигателем. Имея это в виду, для Зоны 2 предпочтительна степень сжатия 18.

Переход степеней сжатия между зонами всегда поддерживается как можно более плавным, чтобы избежать внезапного нежелательного поведения двигателя.

Наконец, чтобы соответствовать тенденции плавности и избежать дальнейшего снижения производительности, в Зоне 3 предпочтительна степень сжатия по умолчанию 16,5.

Дизельный двигатель

Дизельный двигатель внутреннего сгорания отличается от цикла Отто с бензиновым двигателем тем, что для воспламенения топлива используется более высокая степень сжатия топлива, чем свеча зажигания («воспламенение от сжатия», а не «искровое зажигание»).

Эту эффективность удобно выразить через степень сжатия r _C = V ₁ / V ₂ и степень расширения r _E = V ₁ / V ₃ .КПД можно записать

, и это можно преобразовать в форму

Для стандартного воздушного двигателя с γ = 1,4, степенью сжатия r _C = 15 и степенью расширения r _E = 5, это дает идеальный КПД дизеля 56%.

Дизельный цикл зависит от того, является ли эта температура достаточно высокой для воспламенения топлива при его впрыске.

* фунт / кв. Дюйм — манометрическое давление в фунтах на квадратный дюйм.Обычные манометры в США измеряют превышение в фунтах на квадратный дюйм атмосферного давления.

ZOIL | Основы дизельного двигателя

Дизельный двигатель — это двигатель внутреннего сгорания , который использует воспламенение от сжатия для воспламенения топлива при его впрыске в двигатель.

Для понимания того, как работают дизельные двигатели, полезно сравнить различия между дизельным двигателем и бензиновым двигателем. Основные отличия бензинового двигателя от дизельного:

• Бензиновый двигатель принимает смесь газа и воздуха, сжимает ее и воспламеняет смесь искрой.Дизельный двигатель забирает воздух, сжимает его, а затем впрыскивает топливо в сжатый воздух. Тепло сжатого воздуха самопроизвольно воспламеняет топливо. Дизельный двигатель не имеет свечи зажигания.
• Бензиновый двигатель сжимает в соотношении от 8: 1 до 12: 1, в то время как дизельный двигатель сжимает в соотношении от 14: 1 до 25: 1. Более высокая степень сжатия дизельного двигателя приводит к повышению эффективности.
• Бензиновые двигатели обычно используют либо карбюрацию, при которой воздух и топливо смешиваются задолго до того, как воздух поступает в цилиндр, либо впрыск топлива через порт, при котором топливо впрыскивается непосредственно перед тактом впуска (вне цилиндра).Следовательно, в бензиновом двигателе все топливо загружается в цилиндр во время такта впуска, а затем сжимается. Сжатие топливно-воздушной смеси ограничивает степень сжатия двигателя — если он слишком сильно сжимает воздух, топливно-воздушная смесь самовоспламеняется и вызывает детонацию. В дизельных двигателях используется прямой впрыск топлива, т.е. дизельное топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр. Дизельный двигатель сжимает только воздух, поэтому степень сжатия может быть намного выше. Чем выше степень сжатия, тем больше генерируется мощность.
• Форсунки для дизельного топлива, в отличие от бензиновых, должны выдерживать температуру и давление внутри цилиндра и при этом подавать топливо в виде мелкодисперсного тумана. Чтобы туман равномерно распределялся по цилиндру, некоторые дизельные двигатели оснащены специальными впускными клапанами или камерами предварительного сгорания. Новые дизельные двигатели оснащены топливной системой Common Rail высокого давления. См. «Основы дизельной топливной системы» для получения дополнительной информации об этом типе топливной системы.
• Дизельные двигатели могут быть оснащены свечой накаливания. Когда дизельный двигатель холодный, в процессе сжатия температура воздуха может не повыситься настолько, чтобы воспламениться топливо. Свеча накаливания представляет собой электрически нагреваемую проволоку, которая облегчает зажигание топлива при холодном двигателе. Свечи накаливания обычно устанавливаются на небольших дизельных двигателях. Бензиновые двигатели не требуют свечей накаливания, поскольку они не зависят от самовозгорания.

Дизельный двигатель предлагает эффективный метод выработки энергии.Он основан на сжатии для сгорания, что приводит к повышению топливной экономичности по сравнению с другими типами двигателей. E-ZOIL производит различные присадки к дизельному топливу, специально разработанные для дизельных двигателей. К ним относятся:

Вот что на самом деле означает «степень сжатия» и почему это важно что это значит? Что ж, пора объяснить, что такое степень сжатия, и почему каждый автопроизводитель теперь одержим ею, как Святым Граалем.

Степень сжатия, надо признать, сложнее, чем кажется на первый взгляд. Не помогает и то, что это один из тех терминов, которые вы слышите на автосалонах и в пресс-релизах без серьезных объяснений. Это одна из тех вещей, которую вы в большинстве своем пытаетесь понять, пытаясь произвести впечатление на артиста-трапеции, которого вы встретили в цирке на прошлых выходных.

Мы знаем, что высокая степень сжатия — это хорошо, а низкая — плохо. Мы знаем, что новый двигатель Mazda Skyactiv-X «Holy Grail» отличается высокой степенью сжатия, наряду с «дизельным убийцей» Infiniti и серией Toyota «Dynamic Force», которые рекламируют большую мощность при большей эффективности.

Мы живем в эпоху, когда инженеры не могут просто увеличить мощность двигателя, сделав его больше. Изменение степени сжатия двигателя становится обычным делом.

G / O Media может получить комиссию

(Кстати, если вы читаете это и фыркаете, потому что уже знаете, что такое степень сжатия, хорошо для вас! Не все остальные.)

What Defines Степень сжатия очень проста

Степень сжатия — это именно то, на что она похожа — степень, при которой вы сжимаете максимальный объем цилиндра до минимального объема цилиндра.Это объем цилиндра, когда поршень полностью опущен по сравнению с полностью вверху. Это написано и указано в виде отношения. Например, для двигателя со степенью сжатия 9: 1 вы бы сказали, что это «девять к одному».

Теперь представьте себе цилиндр в своей голове. Поршень движется вверх и вниз внутри этого цилиндра. Когда поршень находится в самой нижней точке, это называется нижней мертвой точкой. Вот где объем цилиндра наибольший. Когда поршень находится в наивысшей точке цилиндра, это называется верхней мертвой точкой, и именно здесь объем цилиндра наименьший.Сравнение этих двух объемов — вот откуда взялось ваше соотношение.

Если вы такой же наглядный ученик, как и я, вам понравится этот созданный мной GIF, показывающий, как работает четырехтактный двигатель. Видите, как поршень движется вверх во время такта сжатия? Это весь воздух и топливо сжимаются в цилиндре. Если двигатель имеет высокую степень сжатия, это означает, что данный объем воздуха и топлива в цилиндре сжимается в гораздо меньшее пространство, чем двигатель с более низкой степенью сжатия.

А теперь пример с простой математикой, мой любимый вид.

Представьте, что у вас есть двигатель, объем цилиндра и камеры сгорания которого составляет 10 куб. См, когда поршень находится в нижней мертвой точке. После того, как впускной клапан закрывается и поршень поднимается вверх во время такта сжатия, он сжимает топливно-воздушную смесь в объеме одного кубического сантиметра. Этот двигатель имеет степень сжатия 10: 1.

Вот и все! Это степень сжатия. Общий рабочий объем плюс сжатый объем (включая объем головки блока цилиндров и все, что выше, где поршень «движется») в один только сжатый объем .

Почему лучше — это сложно

Но понимание , что такое степень сжатия , менее важно, чем понимание , почему нас это волнует или почему высокая степень сжатия является такой важной задачей.

Лучшее объяснение, которое я получил в этом, было от моего коллеги и инженера Дэвида Трейси, который затем обратился за помощью к другим инженерам и профессорам. Лучший ответ из них дал доктор Энди Рэндольф, технический директор ECR Engines. Он проводит исследования трансмиссии для NASCAR, и его объяснение предельно ясно:

С точки зрения непрофессионала, мощность двигателя генерируется, когда сгорание воздействует на поршень и толкает поршень вниз по цилиндру во время такта расширения.

Чем выше поршень находится в канале ствола в момент начала сгорания, тем большее усилие будет приложено.

По мере увеличения степени сжатия поршень перемещается выше в отверстии в верхней мертвой точке, следовательно, возникает дополнительная сила для хода расширения (дополнительная сила для того же количества топлива равняется более высокой эффективности).

Теперь мы на самом деле следует больше понимать о , почему в дополнение к , как , и это означает, что нам придется рискнуть в области термодинамики.

Суть всего этого в том, что более высокая степень сжатия означает, что двигатель получает больше работы при том же количестве топлива. Это хорошо для энергии, а также миль на галлон.

Чтобы объяснить, почему более высокая степень сжатия дает лучшую эффективность, мы не собираемся слишком углубляться в термодинамику, но, черт возьми, давайте просто окунемся в пальцы ног. Это здорово и полезно для души.

Более высокое сжатие означает больше работы, но больше давления

На изображении выше показана диаграмма «давление-объем» для идеального и типичного бензинового двигателя.Он визуально показывает, что происходит в вашем двигателе, когда он сжигает бензин.

На диаграмме выше нижняя кривая 1-2 показывает ход сжатия.

Строка 2-3 показывает горение.

Верхняя кривая 3-4 показывает ход расширения.

А линия 4-1 показывает отвод тепла при открытии выпускного клапана.

Чтобы быть более техническим, на диаграмме кривая 1-2 показывает ход сжатия, в котором давление (ось y) увеличивается, а объем (ось x) падает, когда поршень действительно воздействует на газ, сжимая его.Строка 2-3 показывает тепло, выделяющееся при сгорании, быстро увеличивая давление и температуру газа. Кривая 3-4 показывает увеличение объема и падение давления по мере того, как газ действует на поршень во время такта расширения. Линия 4-1 показывает отвод тепла от газа в окружающую среду по мере того, как давление возвращается к окружающему при открытии выпускного клапана. Наконец, плоская линия 1-5 внизу представляет ход выпуска и возврат поршня в верхнюю мертвую точку в конце.

Область внутри этих 1-2-3-4 строк показывает, сколько работы проделано двигателем.Более высокая степень сжатия означает, что две вертикальные линии на графике будут перемещаться влево и вверх, оставляя больше области в границах, чем при более низкой степени сжатия, и, таким образом, работа выполняется. Но, как вы можете видеть на этой диаграмме, вы столкнетесь с более высоким давлением. Другими словами, вы получите больше механической работы от двигателя с высокой степенью сжатия. Вы будете получать большее давление в цилиндре и на поршне из-за тепловыделения от сгорания.

Более высокое сжатие также означает более высокий тепловой КПД

Также важно отметить, что тепловложение и тепловые потери во время цикла вашего двигателя связаны с КПД как функцией степени сжатия.Все это работает по двум идеям. Во-первых, любая тепловая энергия, поступающая в систему, должна быть преобразована либо в механическую работу, либо в отходящее тепло. Во-вторых, тепловой КПД — это просто результат работы, деленный на подводимое тепло. Таким образом, вы можете вывести взаимосвязь между термической эффективностью и степенью сжатия, как MIT, построенная на его веб-странице и показанная выше. Уравнение здесь (nu — термический КПД, r — степень сжатия, а гамма — свойство жидкости) :

Когда вы даете двигателю определенного рабочего объема более высокую степень сжатия, вы эффективно перемещаете фотоэлектрическую диаграмму вверх и влево, и увеличивают тепловложение (Qh на диаграмме) в большей степени, чем тепловые потери (Ql).Другими словами, вы превращаете больше входящей энергии в работу. Вот Джейсон Фенске из Engineering Explained , разбирающий взаимосвязь между степенью сжатия, теплопередачей и эффективностью:

В любом случае, дело в том, что термодинамика диктует, что термический КПД возрастает с увеличением степени сжатия, как вы можете видеть на этом графике и уравнении. выше. А это означает больше лошадиных сил, лучшую экономию топлива, более тяжелые кошельки и более широкие улыбки. Управляйте любым вялым, хрипящим, всасывающим газ, старым американским V8 с низкой степенью сжатия, и вы поймете, о чем я.

Степень сжатия также делает такие двигатели, как двигатель Mazda Skyactiv-G, такими эффективными. Mazda, первая из серии новых двигателей с высоким и переменным сжатием от Mazda, Nissan / Infiniti и Toyota, на данный момент имеет самую высокую степень сжатия в отрасли — 14: 1, поэтому она может справляться с высоким расходом топлива. показатели экономичности и мощности даже без турбонагнетателя.

Почему более высокое сжатие означает более высокое октановое число

Почему не все просто используют высокие степени сжатия? Что ж, высокая степень сжатия — вот почему многим двигателям требуется топливо премиум-класса или высокооктановый бензин.Октановое число, как указано в статье How Stuff Works , является мерой способности бензина сопротивляться детонации.

По сравнению с газом с высоким октановым числом бензин с низким октановым числом более склонен к самовоспламенению из-за высоких температур и давления наддува. По сути, вам нужен газ, который воспламеняется, когда вы этого хотите, а не тот, который воспламеняется, когда вы не хотите, . Такое неконтролируемое горение называется детонацией.Стук — это плохо; он снижает крутящий момент и может нанести непоправимый ущерб вашему двигателю.

Высокая степень сжатия увеличивает риск детонации, поэтому в двигателях с очень высокой степенью сжатия используется высокооктановый гоночный газ или (что сейчас чаще) E85. При сжатии газы имеют тенденцию нагреваться, поэтому повышенная плотность тепла может привести к преждевременному сгоранию топлива до того, как свеча зажигания воспламенит его. Повторяю: это плохо.

Mazda пришлось проделать большую работу по конструкции поршня и выхлопной системы, чтобы уменьшить детонацию в двигателе 14: 1, работающем на газовом насосе.Поршни в двигателе Skyactiv-X, например, имеют полость посередине, чтобы позволить Mazda выстрелить потоком богатого топлива вокруг свечи зажигания в обедненной смеси, и, да, есть причина, по которой это было не так. Технологию нелегко разработать.

Что еще интересно, так это то, что вы не можете просто сделать двигатель с такой высокой степенью сжатия, как вы хотите. Я обратился к Джону Хойенге, владельцу магазина производительности выхлопа и ралли Nameless Performance, чтобы поговорить о рисках и преимуществах высокой компрессии.

Джон строит раллийный автомобиль Nissan 240SX, на который он меняет четырехцилиндровый SR20VE, который в настоящее время развивает около 250 лошадиных сил на колесах всего из 2,0 литров. Удивительно, но без турбо. Все, что Джон должен поблагодарить, — это очень высокая степень сжатия 14,5: 1. «Сжатие выполняет больше работы, — пояснил он, — поэтому тем больше мощности [двигатель] будет производить без наддува».

При этом, поскольку это гоночный двигатель, он использует гоночный бензин или E85 с очень высоким октановым числом.Джон сказал, что при степени сжатия выше 14,5: 1 возникает риск самовоспламенения, а также может вылететь шток или раскрутить подшипник. Это то, что небрежно называют «взрывом».

Есть предел тому, насколько высоко вы можете подняться

Я спросил, почему мы не видим, что люди не бегают с двигателями, которые имеют значительно более высокую степень сжатия, чем все, что мы видим сегодня. Неприлично завышенные соотношения, вроде 60: 1. Джон рассмеялся. Он объяснил, что металл просто не может выдерживать такие высокие уровни напряжения, а такая степень сжатия приведет к тому, что вещи будут настолько горячими, что они взорвут любой современный двигатель.

Конечно, не все из нас строят гоночные автомобили с гоночными двигателями, поэтому об изменении степени сжатия нам не о чем беспокоиться. Но мы случайные владельцы автомобилей и энтузиасты квазидвигателей, так что это было объяснением того, что означает степень сжатия и почему это важно. Вам больше не нужно подделывать это, теперь вы знаете, что это такое.

А теперь иди, найди того художника по трапеции и расскажи ему, что ты чувствуешь!

Границы | Двигатели с воспламенением от сжатия — революционная технология, покорившая цивилизованные границы по всему миру от промышленной революции до XXI века

Введение и краткая история двигателей с воспламенением от сжатия

С тех пор, как Рудольф Дизель изобрел двигатель внутреннего сгорания, который в конечном итоге будет носить его имя, воспламенение от сжатия использовалось как эффективное и действенное средство инициирования сгорания в двигателях.Дизель использовал растительные масла, чтобы изобрести свой новый двигатель, поскольку в то время не было нефтяной инфраструктуры для топлива. Высокая степень сжатия для создания давления и температуры, необходимых для самовоспламенения, была отличительной чертой двигателя с воспламенением от сжатия. Также требовался механизм прямого впрыска топлива в камеру сгорания. Со временем инфраструктура нефтяных дистиллятов стала доступной для таких видов топлива, как бензин (для поддержки двигателей с искровым зажиганием), керосин и мазут (для отопления домов) и, конечно же, для дизельного топлива (Heywood, 1988).

Преимущества использования воспламенения от сжатия и прямого впрыска топлива в камеру сгорания проявились в течение следующих нескольких десятилетий его развития. Двигатель с воспламенением от сжатия по своей природе нуждается в высокой степени сжатия, чтобы создать необходимые условия для самовоспламенения. Высокая степень сжатия — одна из характеристик конструкции, повышающих эффективность. Кроме того, воспламенение от сжатия не требовало дросселирования для регулирования выходной мощности двигателя. Прямой впрыск топлива в камеру сгорания обеспечивал высокое сопротивление детонации, что ограничивало степень сжатия и, в конечном итоге, эффективность двигателей с искровым зажиганием.Дополнительным преимуществом является то, что без ограничения детонации двигатели с воспламенением от сжатия могут иметь значительное повышение давления на впуске за счет турбонаддува, что дополнительно увеличивает эффективность и удельную мощность.

Попутно возникли и преодолены многие технологические препятствия, такие как возможность изготовления поршней и головок цилиндров, которые могли бы надежно достичь высоких степеней сжатия, необходимых для дизельного самовоспламенения, форкамеры, которые могли бы использовать имеющиеся форсунки относительно низкого давления в камеру сгорания с высокой степенью сжатия, новую технологию впрыска топлива под очень высоким давлением, чтобы исключить необходимость в форкамерах и обеспечить прямой впрыск в камеру сгорания, и, наконец, электронные органы управления и исполнительные механизмы для обеспечения гораздо более точной подачи топлива, воздуха , а также меры по контролю за выбросами для удовлетворения строгих требований регулирования выбросов.

Текущее состояние двигателей с воспламенением от сжатия

Двигатели с воспламенением от сжатия используются в различных коммерческих и потребительских приложениях по всему миру, приводя в действие такие устройства, как большие корабли, локомотивы, грузовые автомобили, строительное и сельскохозяйственное оборудование, генераторы и даже автомобили. Почти исключительно в этих приложениях для сжигания используется дизельное топливо. Дизельный двигатель полагается на легкость самовоспламенения топлива, которую инженеры-химики называют цетановым числом / индексом — эмпирически полученный показатель, который описывает легкость самовоспламенения топлива.Биодизели также используются во многих областях, особенно в сельских районах и в развивающихся странах. Биодизельное топливо обычно производится из растительных масел, которые были химически обработаны для удаления продуктов глицерина, в результате чего остается метиловый (или этиловый) эфир жирной кислоты (FAME). Биодизельное топливо пытается имитировать свойства дизельного топлива, и, хотя они могут использоваться как чистый заменитель топлива, они обычно используются в качестве агента для смешивания с нефтяным дизельным топливом.

Существует два основных подхода к двигателю с воспламенением от сжатия — двухтактный и четырехтактный.Очень большие двигатели CI (в частности, для кораблей и локомотивов), как правило, являются двухтактными, в первую очередь потому, что частота вращения двигателя ограничена низкими оборотами в минуту (RPM). Двухтактные двигатели CI должны иметь внешний источник подачи воздуха, такой как турбонагнетатель или нагнетатель (или их гибрид в некоторых случаях), потому что воздух нагнетается в цилиндр через отверстия в гильзе цилиндра. На рисунке 1 показана эта конфигурация. Выхлоп выводится либо через другой набор отверстий (версия с искровым зажиганием), либо через тарельчатые клапаны в головке цилиндров (см. Рисунок 1).Отверстия для впуска воздуха в гильзе цилиндра открываются, когда поршень опускается ниже их во время рабочего хода, позволяя охлажденному воздуху под давлением поступать в цилиндр. Когда поршень направляется к НМТ в рабочем такте, выпускные клапаны в головке блока цилиндров начинают открываться, и горячий выхлоп начинает покидать цилиндр через установленные сверху выпускные клапаны. По мере того, как поршень продолжает двигаться в направлении НМТ, впускные отверстия в гильзе цилиндра открываются, позволяя свежему воздуху попадать в цилиндр, что выталкивает последние выхлопные газы из верхних выпускных клапанов.Этот процесс продувки продолжается до тех пор, пока выпускные клапаны не закроются (примерно в положении поршня в НМТ). Впускные отверстия все еще открыты, поэтому свежий воздух продолжает поступать в цилиндр от нагнетателя до тех пор, пока поршень не пройдет через верхнюю часть впускных отверстий на гильзе, задерживая воздух в цилиндре. Затем этот воздух нагревается и сжимается до тех пор, пока поршень не окажется около ВМТ. Топливная форсунка создает струю под высоким давлением в горячий сжатый воздух, вызывая самовоспламенение и возгорание. Затем цикл начинается заново.

С другой стороны, четырехтактный двигатель с воспламенением от сжатия работает, нагнетая воздух из впускного коллектора в цилиндр во время такта впуска, от ВМТ до НМТ (см. Рисунок 2), затем впускные клапаны закрываются, и поршень затем движется обратно в направлении ВМТ при сжатии воздуха до повышенной температуры и давления. Форсунка распыляет топливо в камеру сгорания, происходит воспламенение, и поршень под высоким давлением сжимается вниз из-за сгорания в так называемом рабочем такте.Наконец, выпускные клапаны открываются, и поршень возвращается в ВМТ и вытесняет продукты сгорания отработавших газов в такте выпуска. Затем цикл повторяется отсюда.

Независимо от того, является ли двигатель двухтактным или четырехтактным, цель состоит в том, чтобы создать воздух с высоким давлением и высокой температурой ближе к концу компрессионной части цикла. Впрыскиваемое топливо затем подвергается воздействию воздуха под высоким давлением и высокой температурой и очень быстро самовоспламеняется. Задержка между впрыском топлива и самовоспламенением называется задержкой зажигания, которая обычно составляет несколько углов поворота коленчатого вала.Топливо продолжает впрыскиваться в виде струи, которая имеет зону реакции на периферии струи, и реакция контролируется диффузией воздуха в зону реакции в сочетании с диффузией топлива наружу в зону реакции. Этот процесс диффузии происходит за миллисекунды, в то время как фактические реакции происходят в микросекундном масштабе времени, поэтому жидкостная механика диффузии контролирует скорость реакции.

Значительные исследовательские усилия были затрачены на изучение путей повышения эффективности, характеристик выбросов, надежности и выходной мощности двигателей CI.Производственные компании, университеты и исследовательские лаборатории предоставили свой опыт, оборудование и средства для развития технологий двигателей с непрерывным взаимодействием. Некоторые из этих достижений включают в себя прямой впрыск (DI) для устранения необходимости в форкамерах и уменьшения теплопередачи, оптическую диагностику для изучения образования загрязняющих веществ в цилиндрах, расширенные возможности вычислительного моделирования для прогнозирования и оптимизации характеристик двигателя CI, значительные усилия для понимания химического состава топлива и состав для адаптации работы двигателя CI к местным видам топлива.Поскольку инженеры и ученые продолжают применять свои знания в фундаментальных исследованиях технологии двигателей с непрерывной интеграцией, нет никаких сомнений в том, что будут достигнуты дополнительные достижения.

Чем механизм CI отличается от модуля SI?

Есть несколько причин, по которым двигатели CI так популярны в коммерческих и промышленных приложениях. Одна из важных причин заключается в том, что собственная топливная эффективность двигателей CI выше, чем у двигателей SI. Характер воспламенения от сжатия обеспечивает несколько важных факторов, обеспечивающих высокую топливную эффективность.Одним из факторов является высокая степень сжатия (Gill et al., 1954). Поскольку двигатели CI зависят от топлива, впрыскиваемого в цилиндр, и смешивания этого топлива с воздухом, детонация двигателя предотвращается. Детонация в двигателе — одно из основных ограничений более высокой степени сжатия в двигателях SI. Второй фактор — устранение необходимости в дросселировании двигателя для регулирования выходной мощности. Опять же, поскольку топливо непосредственно впрыскивается и смешивается в камере сгорания, мощность двигателя CI можно регулировать, просто регулируя количество впрыскиваемого топлива, в отличие от двигателей SI, где топливо и воздух предварительно смешаны и по существу однородны при постоянной смеси. соотношение (Heisler, 1999).Это означает, что для поддержания постоянного отношения смеси, если топливо уменьшается, воздух также должен быть уменьшен в той же пропорции. Это управление воздухом осуществляется с помощью дроссельной заслонки или ограничения всасывания, и это создает значительные газообменные или «перекачивающие» потери. Третий фактор — теплопередача. Двигатели CI могут работать на обедненной смеси, что означает, что двигатель потребляет все топливо, но не весь кислород, присутствующий в камере сгорания. Это приводит к более низким температурам в цилиндрах и, как следствие, к меньшему отведению тепла охлаждающей жидкости двигателя и выхлопу двигателя, а также к более высокому КПД.В качестве дополнительного преимущества гамма или отношение удельной теплоты C _p / C _v выше для двигателей с обедненным горением, чем для двигателей, которые работают со стехиометрией. Меньшая часть тепловой энергии, генерируемой реакциями горения, теряется в состояниях возбуждения более крупных трехатомных частиц (пар CO ₂ и H ₂ O). Это означает, что больше тепловой энергии доступно для повышения давления и температуры рабочего тела, что и создает работу, которую можно извлечь (Foster, 2013).

Однако у механизма CI есть и несколько недостатков, о которых стоит упомянуть. Двигатель CI должен быть спроектирован так, чтобы быть очень прочным, чтобы выдерживать повышенные давления и температуры, создаваемые высокой степенью сжатия и повышенным давлением на впуске. Это позволяет создавать двигатели с высокой инерцией вращения и, следовательно, ограничивать максимальные обороты двигателя. Это также увеличивает стоимость, поскольку все оборудование должно быть очень прочным. Еще один недостаток двигателей CI — характер выбросов.Использование сгорания с регулируемой диффузией означает, что существует значительное расслоение между топливом и воздухом, в отличие от однородности смесей бензин / воздух в двигателях SI. Эта стратификация создает твердые частицы (ТЧ) и оксиды азота (NO _x ). Было обнаружено, что эти нежелательные продукты сгорания ХИ представляют опасность для здоровья и окружающей среды. По сути, традиционный двигатель CI не имеет проблемы с эффективностью, у него есть проблема с выбросами.

А как насчет биотоплива?

Большая часть текущих и прогнозируемых работ по двигателям CI, по-видимому, сосредоточена на использовании альтернативных видов топлива или даже нескольких видов топлива, чтобы сохранить высокий КПД (возможно, даже улучшить его), но при этом значительно снизить уровень вредных выбросов и производство парниковых газов. Биотопливо — один из популярных подходов, особенно в развивающихся странах, для решения проблемы выбросов парниковых газов и снижения стоимости импорта нефти.Биотопливо обычно производится из какого-либо типа растительного масла и химически обрабатывается для создания продукта, во многих отношениях имитирующего нефтяное дизельное топливо. Таким образом использовалось несколько видов сырья, в зависимости от местных условий выращивания и культур, которые в этих условиях хорошо растут. Соевые бобы, рапс, масла семян пальмы, ятрофы и каранджи, а также многие другие перерабатываются в качестве топлива. Как правило, биотопливо этого типа делится на категории: масла, полученные из съедобных растений, и масла, полученные из непищевых растений.С химической точки зрения топливо, получаемое из съедобных растений, легче и дешевле перерабатывать в топливо. Однако это также может создать проблему «продовольствия или топлива» для местной экономики. Непищевое биотопливо растительного происхождения сложнее и дороже в переработке, но, как правило, позволяет избежать трудностей, связанных с «едой или топливом». Одна из проблем традиционного биодизельного топлива заключается в том, что само топливо содержит кислород как часть своей структуры. Это кислородсодержащее топливо будет иметь значительно меньшее энергосодержание по сравнению с нефтяным дизельным топливом.Снижение содержания энергии обычно составляет порядка 7-8% по объему по сравнению с дизельным топливом. Это приводит к большему расходу топлива при том же количестве доставляемой энергии. Более поздняя работа была проведена в отношении топлива, полученного из водорослей или водорослей, которое может дать гораздо больший урожай, чем традиционное биотопливо (Frashure et al., 2009). Другой недавней темой исследований является создание «возобновляемого» дизельного топлива путем гидротермальной или другой обработки материала биомассы для извлечения длинноцепочечных углеводородов, подобных нефтяному дизельному топливу (Aatola et al., 2008). Возобновляемое дизельное топливо не склонно к насыщению кислородом, поэтому энергосодержание, как правило, такое же, как и у нефтяного дизельного топлива. Тем не менее, другой подход к созданию дизельного топлива как из возобновляемых, так и из невозобновляемых источников использует процесс под названием Фишера-Тропша (FT), названный так в честь немецких изобретателей этого процесса в 1930-х годах. Топливо FT получают из метана, газифицированного угля или газифицированной биомассы для создания длинноцепочечных углеводородов, подходящих для использования в качестве топлива. Для этого типа топлива используется несколько аббревиатур, в зависимости от сырья.Переход от газа к жидкости (GTL), от угля к жидкости (CTL) и от биомассы к жидкости (BTL) — лишь некоторые из этих сокращений. В процессе FT создается дизельное топливо довольно высокого качества — с высоким цетановым числом, низкой вязкостью, без серы и с высоким содержанием энергии — но процесс также сложен и дорог, по крайней мере, в настоящее время (Agarwal, 2004).

Что такое современные двигатели CI?

Двигатели

CI используются во всем мире как источники движущей и стационарной энергии. По мере того как страны с развивающейся экономикой, такие как Индия и Китай, наращивают свой спрос на транспорт и электроэнергию для удовлетворения экономического спроса, возникают серьезные вопросы относительно будущего двигателей с непрерывной интеграцией в условиях все более строгого экологического регулирования, регулирования парниковых газов и спроса на ископаемое топливо. .Существуют ли стратегии, которые позволят движку CI развиваться для удовлетворения нынешних и будущих требований рынка?

Используя традиционное дизельное топливо, инженеры добились некоторых впечатляющих успехов в повышении эффективности и сокращении выбросов за счет использования передовых технологий впрыска, таких как насосы высокого давления Common Rail, топливные форсунки с пьезоприводом, передовое турбомашинное оборудование и рекуперация отработанного тепла (термоэлектричество и т. Д.), и почти полное удаление серы из дизельного топлива. Теперь можно гораздо точнее дозировать топливо в камеру сгорания, чтобы обеспечить более плавное сгорание и меньшее загрязнение окружающей среды.Использование рециркуляции выхлопных газов (EGR) позволило инженерам снизить концентрацию кислорода во всасываемом воздухе, обеспечивая более низкие пиковые температуры сгорания со значительным сокращением NO _x . Достижения в области доочистки, такие как дизельные фильтры твердых частиц (DPF), катализаторы deNO _x (как селективное каталитическое восстановление, так и ловушка обедненной смеси) и катализаторы окисления дизельного топлива (DOC), в настоящее время используются в современных двигателях CI.

Текущие усовершенствованные работы по сгоранию открыли захватывающие возможности для повышения эффективности двигателя с ХИ, а также для значительного улучшения характеристик выбросов.По мере продвижения исследований было показано, что возможно улучшение некоторого предварительного смешивания топлива и воздуха при сохранении способности контролировать выходную мощность за счет подачи топлива (без дросселирования) и сохранять высокую степень сжатия. Для достижения этих целей использовались различные стратегии. Одним из них является использование двойного топлива, широко известного как воспламенение от сжатия с контролируемой реактивностью (RCCI). В RCCI топливо с низкой реакционной способностью (такое как бензин, этанол или подобное) вводится в камеру сгорания в качестве основного источника энергии и очень небольшое количество топлива с высокой реакционной способностью (например, дизельное топливо, биодизель и т. Д.).). Это не только обеспечивает возможность работы двигателя на обедненной смеси, что снижает пиковые температуры сгорания и повышает эффективность, но также обеспечивает стратегию положительного зажигания, позволяющую избежать пропусков зажигания и сохранить высокую надежность. RCCI в исследовательских двигателях продемонстрировал возможность достижения очень высокого уровня эффективности (в первую очередь за счет еще большего снижения теплопередачи, чем при традиционном сгорании дизельного топлива) и надежности управления. Основным недостатком RCCI является требование наличия двух форсунок на цилиндр (по одному для каждого вида топлива) и необходимость наличия либо двух отдельных видов топлива, либо добавки, повышающей реактивность, для топлива с низкой реактивностью (Curran et al., 2013).

Еще одна захватывающая возможность в мире двигателей CI — это использование топлива с довольно низкой реакционной способностью (бензин, нафта и т. Д.) По сравнению с дизелем, но все же использование двигателя с воспламенением от сжатия и использование длительной задержки воспламенения этих видов топлива для обеспечения некоторый уровень предварительного смешивания при сохранении достаточной стратификации для обеспечения контроля нагрузки (Kalghatgi et al., 2007). Воспламенение от сжатия бензина (GCI) или воспламенение от сжатия с частичным предварительным смешиванием (PPCI) пытается достичь той же цели, что и использование двойного топлива в RCCI, но для этого путем точного расслоения одного топлива.Этот контроль зажигания может быть довольно сложным по сравнению с RCCI, поскольку он зависит от постоянно меняющихся местных характеристик смешивания топлива и воздуха, а не от положительного добавления топлива с высокой реактивностью в определенное время. Преимущество состоит в том, что требуется только одно топливо и одна форсунка на цилиндр.

В каждом из случаев для RCCI и PPCI цель состоит в том, чтобы обеспечить достаточное предварительное смешивание для того, чтобы уровни ТЧ были низкими, и работать в режиме обедненного или разбавленного сгорания, достаточно для поддержания пиковых температур сгорания ниже 2000K, избегая термического NO _x производство.Устойчивость этих новых подходов к горению и воспламенению — это проблема, к которой обращаются несколько исследовательских организаций по всему миру (Johansson et al., 2014; Sellnau et al., 2014).

Что ждет двигатели CI в будущем?

По крайней мере, по состоянию на 2015 год двигатели CI занимают доминирующее положение на рынках коммерческих автомобилей и внедорожников. По мере того как во всем мире к выбросам парниковых газов и качеству воздуха применяется все большее нормативное давление, двигатели CI будут продолжать развиваться, чтобы соответствовать этим требованиям.Комбинация высокой плотности энергии жидкого топлива в сочетании с высокой удельной мощностью двигателей с непрерывным включением и очень низкой стоимостью производства будет по-прежнему делать двигатели с постоянной производительностью и далее популярным решением для двигательной и стационарной выработки энергии. В этой области продолжаются захватывающие исследования по повышению эффективности, сокращению выбросов, совершенствованию технологии очистки выхлопных газов, и был достигнут огромный прогресс. Однако необходим еще больший прогресс, поскольку население мира превышает 7 миллиардов человек, а спрос на электроэнергию в развивающихся странах стремительно растет.То, как мы решим транспортные и энергетические проблемы в следующие несколько десятилетий, задаст тон нашей способности как общества поддерживать как пригодную для жилья среду, так и уровень жизни, приемлемый для постоянно растущего населения во всем мире.

Заявление о конфликте интересов

Автор заявляет, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Представленная рукопись была создана UChicago Argonne, LLC, оператором Аргоннской национальной лаборатории («Аргонн»).Аргонн, лаборатория Управления науки Министерства энергетики США, работает в соответствии с Контрактом № DE-AC02-06Ch21357. Правительство США сохраняет для себя и других лиц, действующих от его имени, оплаченную неисключительную, безотзывную всемирную лицензию, указанную в указанной статье, на воспроизведение, подготовку производных работ, распространение копий среди публики, а также публичное исполнение и публичное отображение, посредством или от имени правительства. Это не влияет на права других лиц на повторную публикацию и распространение на условиях CC-BY (www.creativecommons.org). Автор хотел бы выразить признательность за финансовую поддержку Управлению автомобильных технологий Министерства энергетики США, Программа усовершенствованного сгорания двигателей, управляемая г-ном Гурпритом Сингхом.

Список литературы

Атола, Х., Ларми, М., Сарджоваара, Т., и Микконен, С. (2008). Гидроочищенное растительное масло (HVO) в качестве возобновляемого дизельного топлива: компромисс между NOx, выбросами твердых частиц и расходом топлива в двигателе большой мощности . Технический документ SAE 2008-01-2500.Варрендейл, Пенсильвания: Общество автомобильных инженеров.

Google Scholar

Агарвал, А. К. (2004). Разработка и характеристика биодизеля из непищевых растительных масел индийского происхождения . SAE 2004-28-0079. Варрендейл, Пенсильвания: Общество автомобильных инженеров.

Google Scholar

Курран, С., Хэнсон, Р., Вагнер, Р., и Райтц, Р. (2013). Картирование КПД и выбросов RCCI в двигателе малой мощности .Технический документ SAE 2013-01-0289. Варрендейл, Пенсильвания: Общество автомобильных инженеров.

Google Scholar

Frashure, D., Kramlich, J., and Mescher, A. (2009). Технико-экономический анализ промышленной добычи масла из водорослей . Технический документ SAE 2009-01-3235. Варрендейл, Пенсильвания: Общество автомобильных инженеров.

Google Scholar

Гилл П., Смит Дж. И Зиурис Э. (1954). Основы двигателей внутреннего сгорания , 4-е изд.Аннаполис, доктор медицины: Военно-морской институт США.

Google Scholar

Хейслер, Х. (1999). Транспортные средства и двигатели , 2-е изд. Варрендейл, Пенсильвания: SAE International.

Google Scholar

Хейвуд, Дж. (1988). Основы двигателя внутреннего сгорания . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: McGraw-Hill Inc.

Google Scholar

Калгатги, Г. Т., Рисберг, П., и Ангстрём, Х. Э. (2007). Частично предварительно смешанное самовоспламенение бензина для достижения низкого уровня дыма и низкого уровня выбросов NOx при высокой нагрузке в двигателе с воспламенением от сжатия и сравнение с дизельным топливом .Технический документ SAE 2007-01-0006. Варрендейл, Пенсильвания: Общество автомобильных инженеров.

Google Scholar

Селльнау М., Фостер М., Хойер К., Мур В., Синнамон Дж. И Хустед Х. (2014). Разработка бензинового двигателя с прямым впрыском и воспламенением от сжатия (GDCI). SAE Int. J. Engines 7, 835–851. DOI: 10.4271 / 2014-01-1300

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г.,
  браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie
потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт
не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к
остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

% PDF-1.5
%
928 0 объект>
эндобдж

xref
928 88
0000000016 00000 н.
0000003129 00000 п.
0000003390 00000 н.
0000003433 00000 н.
0000003968 00000 н.
0000004002 00000 п.
0000004155 00000 н.
0000004308 00000 п.
0000004357 00000 н.
0000004406 00000 п.
0000004455 00000 п.
0000004504 00000 н.
0000004553 00000 н.
0000004601 00000 п.
0000004650 00000 н.
0000004795 00000 н.
0000004872 00000 н.
0000004935 00000 н.
0000006498 00000 н.
0000007037 00000 н.
0000007274 00000 н.
0000008026 00000 н.
0000008279 00000 н.
0000008526 00000 н.
0000008793 00000 н.
0000009972 00000 н.
0000010211 00000 п.
0000011475 00000 п.
0000012280 00000 п.
0000012893 00000 п.
0000013346 00000 п.
0000042041 00000 п.
0000043167 00000 п.
0000043567 00000 п.
0000044118 00000 п.
0000062483 00000 п.
0000062926 00000 п.
0000074729 00000 п.
0000074786 00000 п.
0000075359 00000 п.
0000075419 00000 п.
0000076272 00000 п.
00000

00000 п.
00000 _{00000 п.
00000}

00000 н.
0000091552 00000 п.
0000093766 00000 п.
0000093813 00000 п.
0000093849 00000 п.
0000096518 00000 п.
0000096589 00000 п.
0000096774 00000 п.
0000096868 00000 н.
0000096911 00000 п.
0000097023 00000 п.
0000097066 00000 п.
0000097170 00000 п.
0000097213 00000 п.
0000097387 00000 п.
0000097430 00000 н.
0000097608 00000 п.
0000097651 00000 п.
0000097815 00000 п.
0000097857 00000 п.
0000098027 00000 п.
0000098069 00000 п.
0000098201 00000 п.
0000098243 00000 п.
0000098425 00000 п.
0000098467 00000 п.
0000098639 00000 п.
0000098681 00000 п.
0000098875 00000 п.
0000098918 00000 п.
0000099035 00000 н.
0000099078 00000 н.
0000099232 00000 н.
0000099275 00000 п.